Предположим, вы переустанавливаете параметры стандартной модели так, чтобы среднее значение поля Хиггса в вакууме равнялось нулю, что произойдет со стандартной материей?
Если фундаментальные фермионы перейдут от конечной к нулевой массе покоя, я почти уверен, что электроны будут разлетаться от ядер со скоростью света, оставляя положительно заряженные ядра, пытающиеся убежать друг от друга. Глядя на решение для атома водорода, я не понимаю, как возможно иметь атомы с нулевой массой покоя электронов.
Что происходит с протонами и нейтронами? Поскольку лишь очень небольшая часть массы протонов и нейтронов составляет массу покоя кварков, и поскольку они уже летают там с релятивистскими скоростями, и поскольку ядерное взаимодействие намного сильнее, чем электрическое взаимодействие с невероятное отвращение к голому цвету, останутся ли протоны и нейтроны связанными совокупностями кварков и виртуальных глюонов? Станут ли они немного больше? Чуть менее массовый?
Что будет с ядрами? Остались бы они вместе? Если протоны и нейтроны держатся вместе и их свойства меняются лишь немного, то можно ожидать того же и от ядер. Разные стабильные изотопы, разные размеры и разные массы, но я ожидаю, что все равно будут ядра.
Также частицы W и Z переходят к нулевой массе покоя. Что это делает с электрослабыми взаимодействиями? Влияет ли это на нормальную стабильную материю (за исключением режимов ядерного распада)? Слабая сила уже не слабая? Что происходит с силами в целом?
Анализ фазовой структуры калибровочных теорий представляет собой целую область. Некоторыми крупными прорывами были условия соответствия аномалии Т'Хоофта, теории Бэнкса-Закса, двойственность Зайберга и теория Зайберга-Виттена. Здесь много споров, потому что у нас нет данных экспериментов или моделирования для большей части космоса, а неизвестного гораздо больше, чем известного.
Первое, что следует отметить, это то, что когда среднее значение вакуума поля Хиггса равно нулю, бозон Хиггса не затрагивает физику низких энергий. Вы можете игнорировать бозон Хиггса в энергетических масштабах ниже, чем его масса, и если эта масса намного больше, чем масса протона, результат качественно неотличим от стандартной модели без бозона Хиггса. Итак, я опишу стандартную модель без Хиггса.
Даже без бозона Хиггса электрослабая симметрия все равно нарушается конденсатами КХД. Когда VEV Хиггса равен нулю, W и Z не становятся полностью безмассовыми, хотя и становятся намного легче.
Причина в том, что КХД имеет нетривиальный вакуум, где пары кварков-антикварков образуют скалярную жидкость q-qbar, которая спонтанно нарушает киральную симметрию кварковых полей. Это явление устойчиво к количеству ароматов легких кварков, если предположить, что их не так много, чтобы вы могли деконфигурировать КХД. КХД по-прежнему асимптотически свободна с 6 ароматами, и она должна ограничивать даже 6 ароматов кварков. Поэтому у меня нет никаких сомнений в том, что механизм ограничения все еще работает с 6 ароматами, и все 6 теперь подобны верхнему и нижнему кварку. Предположение, что качественная структура вакуума аналогична КХД, правдоподобно и согласуется с условиями аномалии, но если бы кто-то сказал «нет, вакуумная структура КХД с 6 легкими кварками радикально отличается от вакуумной структуры КХД», я бы не стал этого делать.
В любом случае, если предположить, что КХД с 6 легкими кварками производит те же конденсаты, что и КХД с 3 легкими кварками (фактически 2 легких кварка и полулегкий странный кварк), вакуум будет заполнен жидкостью, которая разрушает SU(6)xSU (6) киральные повороты кварковых полей в диагональную SU(6)-подгруппу. SU (6) точен в терминах сильных взаимодействий и масс, он нарушается только электрослабыми взаимодействиями.
Электрослабые взаимодействия полностью симметричны между тремя семействами, поэтому существует совершенно точная SU (3), непрерывная для всех порядков. Разрыв SU(6)xSU(6) образует набор безмассовых голдстоуновских бозонов, безмассовых пионов. Число безмассовых пионов равно числу образующих SU(6), равному 35. Из них 8 точно безмассовые, а остальные получают малые массы от электрослабых взаимодействий (но 3 из оставшихся 27 уходят в W- и Z-взаимодействия). по механизму Хиггса, см. ниже). 8 безмассовых скаляров дают ядерные силы дальнего действия, которые в дополнение к гравитации представляют собой силу притяжения между ядрами, обратно пропорциональную квадрату.
Все адроны почти точно симметричны относительно изоспина аромата SU (6) и точно симметричны относительно подгруппы SU (3). Все сильно взаимодействующие частицы теперь попадают в представление SU(6), а расщепление происходит с помощью термов, которые классифицируются вложением SU(3) в SU(6), определяемым вращающимися парами координат вместе друг с другом.
Пионы и нуклоны стабильны, устойчивость пионов обеспечивается их безмассовостью, устойчивость нуклонов - приближенным сохранением барионного числа. По крайней мере мультиплет SU(3) с наименьшей энергией
Параметр порядка конденсата, связанный с нарушением киральной SU(6)-симметрии кварков, равен за индексированный список кварковых полей u,d,c,s,t,b. Параметр порядка подобен массовому члену кварков, и я уже провел диагонализацию этого параметра порядка, чтобы найти массовые состояния. В этом конденсате важно то, что калибровочная группа SU(2) действует только на левую часть кварковых полей, а левая и правая части имеют разный заряд U(1). Таким образом, конденсат нарушает калибровочную симметрию SU(2)xU(1).
Разрушение сохраняет некоторую неразрывную подгруппу U(1), которую вы найдете, действуя на генераторы SU(2) и U(1). Поле левых кварков имеет заряд 1/6 и образует дублет, поэтому для комбинации где I — генератор SU(2), а Y — генератор U(1), вы получаете преобразование 2/3 и 1/3 на верхнем и нижнем компонентах, что точно такое же, как на синглетах (поскольку у них нет I). Так что эта комбинация не хиральна и сохраняет вакуум. Таким образом, вакуум КХД сохраняет обычную электромагнитную подгруппу, что означает, что он создает бозон Хиггса, точно такой же, как реальный Хиггс, который разбивает SU(2)xU(1) до U(1) электромагнитного, с бозонами W и Z точно так же, как в стандартная модель.
На самом деле это не такое большое совпадение, как кажется — большая часть этого связана с тем, что конденсаты КХД в нашей Вселенной не заряжены, поэтому они не нарушают электромагнетизм, потому что u-бар и u имеют противоположное преобразование электромагнитного заряда. Это означает, что u-бар u-конденсация оставляет электромагнетизм ненарушенным, и неудивительно, что она не оставляет ненарушенными остальные SU(2) и U(1), потому что это киральный конденсат, и эти являются киральными калибровочными преобразованиями.
Основное отличие состоит в том, что существует 3 отдельных конденсата, подобных Хиггсу, по одному для каждого семейства, каждый с идентичным VEV, и все они полностью симметричны друг другу в соответствии с глобальной точной симметрией семейства SU (3).
W и Z получают массу от произвольного одного из этих 3, оставляя 2 динамических конденсата, подобных Хиггсу. Основное отличие состоит в том, что эти скалярные конденсаты не обязательно имеют простое различимое колебание, подобное бозону Хиггса, в отличие от фундаментального скалярного Хиггса. Результатом этого является то, что W и Z приобретают массы в масштабе КХД, то есть около 100 МэВ для W и Z, в отличие от примерно 100 ГэВ в реальном мире. Соотношение масс W и Z точно такое же, как и в стандартной модели.
Низкоэнергетический спектр КХД резко изменен из-за большого числа кварков. 8 безмассовых пионов и 24 почти безмассовых пиона (три пиона съедены W и Z, чтобы стать частью массивных векторов) включают все дикварковые степени свободы, которые мы называем пионами, каонами и некоторыми тяжелыми кварковыми мезонами. Все еще будет один инстантонный тяжелый эта-простой из нарушенной инстантоном киральной U(1) части U(6)xU(6). Должно быть 35 ро-частиц, расщепляющихся на 8 и 27, и 35 А-частиц, расщепляющихся на 8 и 27, что эффективно измеряет симметрию вкуса.
Можно считать, что 6 кварков получают массу от сильного взаимодействия с хиггсовскими конденсатами порядка нескольких мэВ, но поскольку масса кварка определяется на коротких расстояниях от пропагатора, может быть правильнее говорят, что кварки безмассовые. Некоторые из частиц, которые вы видите в книге данных, сигма (660), f0 (980) должны исчезнуть (поскольку они странные — они могут быть продуктом взаимодействий пионов, создающих чрезвычайно нестабильные связанные состояния, что-то, что не будет работать с безмассовыми пионами)
Электрон и нейтрино будут безмассовыми, за исключением неперенормируемой прямой связи между кварками и лептонами, которая связывает электрон с хиггсовским киральным кварковым конденсатом. Этот эффект имеет размерность 6, поэтому комптоновская длина волны электрона будет сравнима с текущим радиусом видимой Вселенной. Масса нейтрино будет подавлена еще сильнее, так что вполне может быть, что она и вовсе безмассовая.
Безмассовый электрон приведет к тому, что электромагнитная связь (нехиггсовское U(1), оставшееся ниже масштаба КХД) логарифмически уменьшится до нуля на больших расстояниях, исходя из логарифмического анализа экранирования КЭД. Так что электромагнетизм, хотя и будет той же подгруппой SU(2) и U(1), что и в стандартной модели Хиггседа, будет намного слабее на макроскопических расстояниях, чем в нашей Вселенной.
Ядра должны формироваться, как обычно, на коротких расстояниях, хотя изоспин теперь представляет собой почти точную SU(6)-симметрию, нарушаемую только электромагнетизмом, а не массой кварка, и с точной SU(3)-подгруппой. Таким образом, все ядра представляют собой мультиплеты SU(6), слегка разделенные на мультиплеты SU(3). Сильное взаимодействие будет более дальнодействующим и без логарифмического спада электромагнитной силы, потому что пионы быстро переходят к теории свободного поля, поскольку самовзаимодействия пионов относятся к типу сигма-модели. Взаимодействия пионов будут похожи на гравитационные в ньютоновском приближении, но опосредованы скалярно, поэтому не подчиняются принципу эквивалентности и исчезают при рассеянии со скоростями, сравнимыми со скоростью света.
Комбинация дальнодействующей ядерной силы притяжения и логарифмической экранированной электромагнитной силы может дать вам ядерно-связанные галактики, удерживаемые с фиксированной плотностью за счет остаточного медленно экранируемого электростатического отталкивания. Эти галактики будут пронизаны облаком безмассовых электронов и позитронов, постоянно образующих пары из вакуума.
Поле Хиггса имеет ненулевое среднее значение. И поскольку это так, многие частицы имеют массу, включая электрон, кварки и частицы W и Z слабых взаимодействий. Если бы поле Хиггса было равно нулю, эти частицы были бы безмассовыми или очень легкими. Это было бы катастрофой; атомы и атомные ядра не существовали бы. Ни человек, ни Земля, на которой мы живем, не могли бы существовать без поля Хиггса, имеющего ненулевое среднее значение.
Но частицы во Вселенной были бы более организованными.
Положим под микроскоп..
Вместо электромагнитного и слабого ядерного взаимодействия, присутствующего в нашем мире с его ненулевым полем Хиггса, в мире с нулевым полем Хиггса эти силы смешаны и перегруппированы. Перегруппированные силы называются гиперзарядом и изоспином (по историческим причинам; это просто имена, не имеющие другого значения).
В рамках этого скремблирования изменяются частицы-носители силы; есть 3 частицы W и частица X, а Z° и фотон отсутствуют. А частицы W и X теперь все безмассовые.
Силовые носители теперь проще в другом смысле. Фотон воздействует непосредственно на частицы W и W. Но частица X не влияет напрямую ни на одну из трех частиц W. Глюоны воздействуют на себя по-прежнему; W тоже влияют на себя; но частица X вообще не влияет на носителей силы.
ариверо