Электрослабое спонтанное нарушение симметрии мне гораздо труднее понять, чем фазовый переход глюон-кварк в плазме. В последнем физические законы остаются теми же, и глюоны и кварки просто связываются вместе ниже температурного порога, потому что свободная энергия, описывающая их термодинамические свойства, представляет собой новый единый глобальный минимум.
Однако в EWSSB фундаментальные физические законы, описывающие взаимодействие частиц (наша Стандартная модель физики элементарных частиц), изменяются при этом фазовом переходе. Раньше я думал, что это всего лишь артефакт для объяснения взаимодействий EW, но поскольку бозон Хиггса был открыт и в ЦЕРНе проводится систематическое исследование сектора Хиггса, к EWSSB нужно относиться серьезно.
Теперь мне интересно, есть ли в EWSSB нечто большее, чем кажется на первый взгляд. Точнее, можно ли темную материю и темную энергию объяснить этим фазовым переходом?
1. Я думаю, что разумно считать, что электрослабое спонтанное нарушение симметрии было истинным термодинамическим фазовым переходом.
2. Я также думаю, что разумно предположить, что это был «фазовый переход первого рода».
3. Я также думаю, что возможно/вероятно , что изоспинорное скалярное поле (поле Хиггса) могло представить два разных глобальных минимума, один с нулевым VEV, а другой с ненулевым VEV, когда начался фазовый переход. Обычно фазовые переходы первого рода происходят из-за появления нового глобального минимума свободной энергии термодинамической системы в дополнение к уже существующему. Эти два глобальных минимума позволяют двум разным фазам с разными физическими свойствами сосуществовать, по крайней мере, какое-то время. Насколько мне известно, пока термодинамическая система, претерпевающая фазовые переходы первого рода, представляет два разных глобальных минимума свободной энергии, две фазы сосуществуют везде, по крайней мере, в термодинамическом пределе.
Nucleation and domain expansion start only later (if they do), when one of
the minima becomes local and the remaining one stays global. The phase
belonging to the global minimum nucleates and expands at the expenses of the
one belonging to the local minima. The picture can become more complicated
if the transition process from being a global minimum to becoming a local
one is very fast (water supercooling would be an example).
4.- Если бы поле Хиггса все еще имело два глобальных минимума в настоящее время (или глобальный и переохлажденный локальный, разделенные большим барьером свободной энергии), я думаю, что мы имели бы два разных набора элементарных частиц с разными физическими свойствами. характеристики. Истинные калибровочные заряды и значения массы в этих двух наборах частиц будут следующими:
a) Color, weak isospin, weak hypercharge and zero masses. (Higgs field
VEV=0).
b) Color, weak isospin and EM charge and non-zero massess. (Higgs field
VEV > 0).
5.- Если бы у нас было два набора элементарных частиц, их взаимодействия могли бы быть очень, очень слабыми (это всего лишь предположение). Я считаю само собой разумеющимся, что они будут, по крайней мере, взаимодействовать гравитационно.
6. Если бы все это было возможно, то могло бы это объяснить темную материю и/или темную энергию ?
For example, the long-range weak forces (in the massless sector) between
particles with the same Y_w and I^3_w could lead to large-scale repulsive
effects (see Quantum Field Theory 2nd Edition by Lewis E. Ryder, page 306
and references therein) that could, perhaps, explain the accelerated
expansion of the universe.
Заранее извиняюсь за столь странную постановку вопроса. Однако это единственный способ выразить то, что я имел в виду.
Я также понимаю, что парадоксально (полагаю, многим это покажется смешным) думать о двух наборах элементарных частиц, подчиняющихся разным физическим законам, поэтому, пожалуйста, не будьте со мной слишком суровы. Я могу следовать математике EWSSB, но когда я думаю о физическом процессе (фундаментальные физические законы, которые внезапно меняются/развиваются? постепенно меняются/развиваются?), я чувствую, что либо есть что-то, что я определенно не понимаю, либо динамический процесс нарушения симметрии изучены очень плохо.
Шестой пункт я написал, поставив один вопрос , а все остальное перефразировал, потому что, честно говоря, именно по этой причине я задумался о РЭБ-SSB. Некоторое время я задавался вопросом, могла ли безмассовая Стандартная модель Хиггса, которая сосуществовала с нашей Стандартной моделью, создать набор «почти не взаимодействующих частиц», которые могли бы объяснить темные компоненты космологической модели Лямбда-CDM.
Здравый смысл подсказывает мне, что нет. Я не настолько наивен, чтобы думать, что все это, вероятно, правильно. Но должно быть возможно (может быть, даже легко) проверить, что вся эта идея неверна, потому что я предполагаю, что физика Стандартной модели Хиггса с нулевой массой может быть либо разработана, либо, что еще лучше, возможно, кто-то уже сделал это. Поскольку я не смог найти эту информацию и не могу разобраться сам, я решил опубликовать этот вопрос.
Если такая модель (Стандартная модель Хиггса с нулевой массой) уже разработана, пожалуйста, дайте мне знать. Ссылка была бы очень признательна.
Расчеты решетки, проведенные в 90-х годах, довольно определенно показали, что электрослабый фазовый переход является плавным переходом (это НЕ резкий фазовый переход), см., например, https://arxiv.org/abs/hep-lat/9809045 . Это было известно еще до того, как был открыт бозон Хиггса, потому что масса бозона Хиггса, соответствующая конечной точке второго рода перехода первого рода при низких является ГэВ, ниже нижней границы для извлечено из прецизионных электрослабых данных в LEP. Теперь, конечно, мы знаем, что действительно существует только один Хиггс с ГэВ. Расширенные модели с дополнительными Хиггсами, которые дают переход первого порядка, возможно, не полностью мертвы, но они становятся очень запутанными.
Я должен упомянуть, почему людей это волнует: чтобы электрослабый бариогенез работал, нам нужно удовлетворять критериям Сахарова, и один из них состоит в том, что нам нужен неравновесный процесс. При переходе первого рода мы можем иметь переохлаждение и зарождение пузырьков, но при плавном переходе система никогда не бывает далеко от равновесия. Таким образом, тот факт, что переход был плавным, был одним из фактов, убивших бариогенез EW.
Пока люди отвечают на главный вопрос («Спонтанное электрослабое нарушение симметрии, настоящий фазовый переход первого рода?»), позвольте мне сказать кое-что о второстепенных вопросах.
3 - «Возможно ли, чтобы изоспинорное скалярное поле (поле Хиггса) могло представлять два разных глобальных минимума, один с нулевым VEV, а другой с ненулевым VEV?»
При определенных условиях электрослабый сектор СМ действительно имеет второй минимум, но не при нулевом VEV, а при гораздо большем ненулевом значении поля. Нулевой VEV происходит только при таких сверхвысоких температурах, что поле Хиггса не имеет возможности найти свой минимум.
4-5 - перефразирую так: если бы у вас были соседние домены, находящиеся в разных фазах и с разными спектрами частиц, могли бы частицы из разных доменов взаимодействовать и как бы они это делали?
В теории с более сложной фазовой структурой, чем в стандартной модели, и с устойчивыми доменными стенками вы можете обнаружить, что возбуждения в доменной стенке служат интерфейсом между физическими свойствами двух доменов.
Однако стандартная модель, по-видимому, не имеет такой фазовой структуры. Здесь сказано (спасибо «королевскому витамину» с сайта physicsforums.com за эту ссылку), стр. 52, что в стандартной модели с одним минимумом вы просто не получаете доменные стены; а между тем в режиме, когда стандартная модель имеет второй истинный минимум на очень больших масштабах, возникающие доменные стенки просто быстро распадаются.
Насколько я понимаю, вопрос о том, был ли электрослабый переход первого или второго порядка, не полностью решен, но в настоящее время данные, похоже, указывают на то, что он был слабого первого порядка: https://journals.aps.org/prd/ реферат/10.1103/PhysRevD.45.2933 . В этом случае, по-видимому, действительно имело бы место сосуществование фаз в различных областях пространства в течение некоторого очень короткого периода времени, пока Вселенная охлаждалась до критической температуры. Я спросил о феноменологии этого процесса в разделе Как на самом деле выглядело нарушение электрослабой симметрии? , но ответов не получил.
Изменить : по-видимому, этот ответ, вероятно, неверен. Я оставлю это только потому, что думаю, что в комментариях есть интересные обсуждения.
Митчелл Портер
тпаркер
тпаркер
Карлос Л. Джанер
Карлос Л. Джанер
Qмеханик