Получают ли электроны также массу, взаимодействуя с ЭМ полем, или вся их масса происходит от взаимодействия с полем Хиггса?

(Это довольно длинный комментарий, поэтому я разместил его здесь как ответ, предполагая, что это поможет.)

ЭМ поле вносит вклад в наблюдаемую инерционную массу тел, состоящих из 2 и более заряженных частей, за счет действия самосилы (одна часть воздействует на другую всякий раз, когда тело ускоряется, и эти силы задерживаются, что заставляет его вести себя как если бы масса была больше). Это увеличение массы называется электромагнитной массой.

Неизвестно, какая часть массы электрона составляет электромагнитную массу. На заре теории электрона (до того, как была принята специальная теория относительности) существовала гипотеза о том, что вся масса электрона является электромагнитной, но это не сработало (электрон должен был быть намного больше, чем наблюдается, и были и другие проблемы с моделями составного электрона). Кроме того, специальная теория относительности убила первоначальную мотивацию «электромагнитного объяснения» массы, поскольку любая энергия, не только электромагнитная, подразумевала бы увеличение инерционной массы. Таким образом, если компоненты электрона взаимодействуют с помощью сил, отличных от электромагнитных сил (которые, вероятно, необходимы для поддержания размера электрона в микроскопических пределах), масса также будет увеличиваться/уменьшаться из-за этих сил.

Уровень знаний таков, что некоторая часть наблюдаемой массы протона и нейтрона является электромагнитной, и то же самое, в принципе, может быть верно и для электронов. Этот вклад можно было бы оценить по размеру распределения заряда электрона в пространстве, но пока в экспериментах электрон ведет себя так, как будто он меньше чем-то вроде 10e-18 м, что в 1000 раз меньше классического радиуса электрона.

Если электрон составной, это будет означать, что ЭМ масса электрона в 1000 раз больше наблюдаемой массы электрона или даже больше, поэтому должен быть другой механизм, уменьшающий массу, чтобы достичь наблюдаемого значения.

Если электрон точечный, то общепринятая прагматическая точка зрения состоит в том, что масса является самостоятельной характеристикой электрона, никак не связанной с его зарядом.

ОТВЕТ

Фотоны или электромагнитные волны не взаимодействуют с электромагнитным полем; они являются электромагнитным полем. Электромагнитное поле можно рассматривать как имеющее массу, если оно связано с телом и вносит свой вклад в его инерционную массу. Например, связанное электромагнитное поле заряженного шара означает, что существует описанный выше эффект электромагнитной массы, и это влияет на наблюдаемую инерционную массу.

Но если ЭМ поле не связано с телом, как в случае с ЭМ волнами (или фотонами), оно не считается частью тела и, следовательно, не влияет на его массу.

Это довольно запутанный момент, и я не уверен, что у него есть хорошее объяснение на уровне популярной науки.

В теории возмущений фактом является то, что если электрон не имеет массы без электромагнитного поля, то включение электромагнитного поля делает его безмассовым. Это связано с тем, что безмассовый электрон обладает киральной симметрией, и эта симметрия препятствует возникновению массового члена.

Если вместо этого у вас есть массивный электрон, где масса обеспечивается механизмом Хиггса, электрон больше не имеет киральной симметрии и может набрать массу из электромагнитного поля. Он собирает много массы, на самом деле бесконечное количество .

Точно так же в теории возмущений фотон должен оставаться абсолютно безмассовым в силу калибровочной инвариантности. Но если начать с частицы, внешне похожей на фотон, но имеющей конечную массу, то действительно ничто не мешает ей набрать большую массу, например, из поля электрона или электромагнитного поля.

Почему здесь разрыв? Я не уверен, есть ли интуитивное объяснение. Вот предположение, которое может быть совершенно неверным. Картина такова, что электрон при своем движении уносит с собой некоторое возбуждение электромагнитного поля, и это возбуждение должно иметь положительную энергию. Затем, если мы перейдем к системе покоя электрона, эта энергия вносит вклад в массу электрона на$E = mc^2$.

Но теперь предположим, что электрон не имеет массы. Тогда он должен двигаться со скоростью света, и невозможно войти в его систему покоя. Вы можете попробовать, ускоряясь, чтобы попытаться догнать его, но по мере того, как вы ускоряетесь все больше и больше, энергия в электромагнитном поле будет смещаться в красную сторону. Если вы будете продолжать ускоряться вечно, он полностью исчезнет! Таким образом, вклад в массу покоя равен нулю.

Считай это тоже длинным комментарием.

Электроны и фотоны входят в стандартную модель элементарных частиц, т.е. несоставных точечных частиц. Они имеют фиксированную инвариантную массу (длина четырех векторов специальной теории относительности), как видно из таблицы. Стандартная модель инкапсулирует все данные, полученные в экспериментах по физике элементарных частиц, и с ее помощью можно рассчитать и предсказать ожидаемые взаимодействия, как показал успех открытия частицы Хиггса.

Я думал, что единственная причина, по которой у электронов есть масса, заключается в том, что они взаимодействуют с полем Хиггса,

В рамках стандартной модели, основанной на квантовой теории поля, механизм Хиггса сообщает массу частицам в момент слабого нарушения симметрии. В этой модели все частицы в таблице описываются полем, охватывающим все пространство-время (x, y, z, t), и вакуумным средним значением ,VEV, этих полей ** этих полей, кроме бозона Хиггса. поле,** равно нулю. Поле Хиггса имеет VEV 246 ГэВ, что является частью механизма, придающего массу всем частицам в таблице, включая Хиггса.

Необходимо подчеркнуть, что механизм Хиггса не является взаимодействием. Нарушение симметрии произошло один раз, когда энергия Вселенной упала из-за расширения в точке слабого нарушения симметрии, и в этой точке частицы приобрели фиксированную массу. Поскольку это не взаимодействие, нет смысла ставить на одну доску механизм Хиггса и электромагнитное взаимодействие, поскольку речь идет о фиксированной массе частиц.

Расширения и другие модели могут изменить эти утверждения, но модель основного потока по-прежнему является стандартной моделью.

Из стандартного модельного выражения энергии электромагнитного поля и оценки$r_e \leq 10^{-18}$м для радиуса электрона, определяемого как радиус, в пределах которого находится весь заряд, то электромагнитный вклад в массу должен быть не менее$\Delta m_e = \frac{e^2}{4\pi\epsilon_0 r_e} \geq ~\sim 1.5 ~ GeV/c^2$. Для того, чтобы прийти к$m_e = 511 ~ keV/c^2$вклад Хиггса должен быть отрицательным и почти компенсировать электромагнитный вклад.