В чем разница между частицей бозона Хиггса и электроном, движущимся через поле Хиггса?

Да, электрон — это просто какая-то волна, как вы говорите, в поле электрона, как и для любой частицы. Вы также можете интерпретировать в широком смысле, что поле должно быть возмущено в определенной точке пространства-времени, чтобы у вас была ненулевая вероятность измерения его в этой точке, хотя эта простая картина усложняется квантовыми явлениями.

Энергия распадающейся частицы не только может, но и должна куда-то уйти. Это сохранение энергии! Механизм неизвестен, это возможные взаимодействия (читай как силы) между полями, хотя не все они ясно поняты в своей динамике.

Идея столкновения частиц бильярдных шаров на самом деле не лучшая идея, которую следует иметь в виду при рассмотрении КТП. Электрону, который на самом деле представляет собой волну/возбуждение в поле, путешествующему в пространстве-времени в присутствии поля Хиггса, не нужно, с классической точки зрения, «сталкиваться» с частицей Хиггса для взаимодействия. Имейте в виду, что эти возбуждения поля не являются точно локализованными, в отличие от волны. Что происходит, так это то, что поле электрона взаимодействует с полем Хиггса, и, как видно из динамики поля электрона, это соответствует тому, что оно имеет массу. Самая близкая аналогия, которая приходит на ум, и довольно плохая: не придавайте ей слишком большого интеллектуального веса, это пуля, проходящая через воду, которая приобретает другое динамическое поведение, взаимодействуя с окружающей средой, но это все, что можно сделать. .

Ваш вопрос о разнице между частицей Хиггса и другой частицей подобен вопросу, в чем разница между звуком и светом. Они не являются возбуждениями одной и той же среды.

К сожалению, я не знаю хороших и простых аналогий для механизма Хиггса. Ближе всего, что не просто, но довольно близко концептуально, электроны в кристалле, имеющие разную эффективную массу из-за взаимодействия с кристаллической решеткой. Без использования эффективных теорий поля вы можете моделировать волновые функции электронов, движущихся в кристаллической решетке, используя стандартную квантовую механику. Оттуда вы изучаете их закон дисперсии, который, по сути, является уравнением, связывающим энергию и импульс. Дисперсионное соотношение в некоторых случаях принимает функциональную форму свободной волны, из которой можно вывести эффективную массу. Вы можете интерпретировать это как утверждение, что взаимодействие с решеткой изменяет массу свободного электрона.

Поле Хиггса на самом деле представляет собой два комплексных скалярных (спин 0) поля, поэтому есть два возбуждения частицы и два возбуждения античастицы (кванта). Пара полей преобразуется как электрослабый дублет, что по существу означает, что кванты поля Хиггса взаимодействуют с квантами электрослабого калибровочного поля (бозонами W и B).

Кроме того, поле Хиггса имеет специфическую потенциальную энергию, так что самым низким энергетическим состоянием поля является состояние, в котором «вакуум» «заполнен» квантами поля Хиггса. В таком основном состоянии поле Хиггса сконденсировалось .

Фактически «вакуум» становится электрослабым сверхпроводником. И подобно фотонам, имеющим эффективную массу в электрическом сверхпроводнике , электрослабые бозоны имеют эффективную массу в конденсате Хиггса.

Однако существует определенная комбинация (смесь)$W^0$и$B$бозоны, которые могут свободно распространяться в этом конденсате, и эта смесь является физическим фотоном.

The $W^+, W^-$, и дополняющая смесь$W^0$и$B$бозоны,$Z^0$, не может свободно распространяться и, следовательно, иметь эффективную массу.

Поля материи также связаны с полем Хиггса посредством взаимодействия Юкавы , которое в конденсате Хиггса также придает квантам поля материи эффективную массу.

Наконец, бозон Хиггса является квантом оставшейся степени свободы поля Хиггса (остальные три заняты тремя массивными электрослабыми бозонами). Бозон Хиггса был бы массивным даже в отсутствие конденсата Хиггса .

В итоге,

• Электрослабые бозоны становятся массивными в электрослабо заряженном конденсате Хиггса аналогично тому, как фотон становится массивным в сверхпроводнике.
• Частицы материи, фермионы, становятся массивными в конденсате благодаря юкавскому взаимодействию.
• Бозон Хиггса в любом случае будет массивным.

Я хотел бы добавить несколько вещей к вашему вопросу «почему электрон, проходящий через поле Хиггса, отличается от бозона Хиггса», которые не охватывались предыдущими ответами?

1. электрон — это возбуждение ЭМ поля, которое существует повсюду в пространстве, именно так электрон может распространяться, поскольку он распространяется как возбуждение в ЭМ поле.

2. электрон является лептоном и должен подчиняться принципу запрета Паули, но бозон Хиггса является бозоном и не подчиняется принципу запрета Паули. Почему это важно? Поскольку число бозонов Хиггса не должно сохраняться, мы можем поместить бесконечное количество бозонов Хиггса в любую точку пространства (точно так же, как мы можем поместить бесконечное количество фотонов в любую точку пространства). Но очень упрощенно, только один электрон может одновременно находиться в одном и том же квантовом состоянии в квантовой системе.

3. Таким образом, мы можем создать «море» бозонов Хиггса точно так же, как «море» фотонов. Тогда это «море» может быть бесконечно (поскольку они не подчиняются правилу исключения Паули) заполнено бозонами Хиггса. Есть ли у него «плотность бозона Хиггса» (это не имеет значения, потому что они не подчиняются правилу запрета Паули)? Но «плотность» будет минимальным значением поля в каждой точке. Поле Хиггса похоже на мексиканскую шляпу. Это самое низкое значение находится не посередине, а в каждой отдельной позиции в поле оно будет принимать самое низкое ожидаемое значение вакуума. Почему это важно? Потому что таким образом это поле Хиггса будет иметь энергию по умолчанию (без возбуждения). Этим оно и отличается от всех остальных полей (кроме поля гравитации, но гравитон еще не подтвержден, но и это поле везде должно принимать векторное значение,

4. Таким образом, поле Хиггса принимает минимальное скалярное значение в каждой точке, и оно будет равно массе, которую оно придает частицам, с которыми оно связано.

5. Таким образом, электрон в вашем вопросе соединяется (электромагнитное поле соединяется) с полем Хиггса, и поэтому электромагнитное поле берет энергию из поля Хиггса и «отдает» ее своему собственному возбуждению, электрону. Эта энергия является скаляром и будет массой покоя электрона.

6. Как это влияет на электрон? Оно будет замедляться в пространственном измерении и ускоряться во временном измерении.

7. Чем это отличается от бозона Хиггса? В этом контексте бозон Хиггса подвергается аналогичному воздействию. Он получает массу покоя от поля Хиггса.

8. Бозон Хиггса — это возбуждение поля Хиггса, точно так же, как электрон — это возбуждение электромагнитного поля.

9. Правильный вопрос: как в КМ электрон получает массу покоя от поля Хиггса? Он делает это, натыкаясь на «море» бозонов Хиггса и, таким образом, замедляясь? Нет. Он получает свою массу покоя из уникального характера поля Хиггса, заключающегося в том, что он имеет минимальное ненулевое скалярное вакуумное математическое ожидание (которое будет массой «проходящего» электрона) в каждой точке, даже если поле Хиггса -поле не возбуждается. Это значение является энергией, поле Хиггса по умолчанию похоже на заряженное поле. Когда электрон (возбуждение электромагнитного поля) проходит через поле Хиггса, он соединяется с ним и забирает его энергию, превращая ее в массу покоя.

Итак, чтобы ответить на ваш вопрос, электрон не набирает массу покоя, натыкаясь на бозоны Хиггса. Бозоны Хиггса являются возбуждением самого поля Хиггса. Когда возникает бозон Хиггса (поле Хиггса возбуждается), бозон Хиггса приобретает свою массу покоя так же, как электрон, получая vev, энергию поля Хиггса по умолчанию, преобразованную в его массу покоя.

Другим интересным вопросом был бы фотон. Почему оно не связывается (поскольку это и возбуждение ЭМ поля, как у электрона) с полем Хиггса? Ответ заключается в том, что фотон представляет собой комбинацию бозонов W и Z таким образом, что они компенсируют эффект массы покоя. Вот почему электрослабая теория доказана, а фотон и бозоны W и Z в чем-то одно и то же, на наших нижних энергетических уровнях они комбинируются, и 3 из этих комбинаций не отменяют хиггсовского механизма, поэтому W и Z-бозоны набирают массу покоя. Но фотон — нет, потому что это комбинация, которая нейтрализует этот эффект. С другой стороны, глюон не взаимодействует с полем Хиггса, и у меня нет информации, почему, было бы интересно узнать.

Чтобы оправдать придание массы потенциально безмассовой частице, ученым пришлось сделать что-то из ряда вон выходящее. Они предположили, что вакуум (пустое пространство) на самом деле обладает энергией, и таким образом, если частица, которую мы считаем безмассовой, войдет в нее, энергия из вакуума будет передана этой частице, придав ей массу. Математик по имени Джеффри Голдстоун доказал, что если вы нарушаете симметрию (например, симметрия с кубиком Рубика была бы, если вы утверждаете, что углы всегда должны быть повернуты 0 или 3 раза, чтобы быть решаемой (это работает)), реакция произойдет. В случае с кубиком Рубика кубик станет неразрешимым, если его нарушить. В случае с полем Хиггса возникает нечто, названное в честь Джеффри (и другого ученого, который работал с ним по имени Йоитиро Намбу), бозон Намбу-Голдстоуна. Википедия

Если говорить о классической картине поля Хиггса, то мы должны предположить, что частицы подобны шарам с заданными размерами. Вы должны забыть квантовое объяснение частиц, что они являются возбуждениями поля. В то же время мы должны думать о классическом поле Хиггса, которое представляет собой некую жидкость, заполняющую пустое пространство (он же вакуум).

Сама масса не создается полем Хиггса — создание материи или энергии противоречило бы законам сохранения. Однако частицам «сообщается» масса из поля Хиггса, которое содержит относительную массу в виде энергии. Как только поле наделило ранее безмассовую частицу, частица замедляется, потому что она стала тяжелее.

Мы еще не до конца поняли классическую картину поля Хиггса. Это связано с тем, что у нас еще нет решения уравнений Навье-Стокса относительно поля Хиггса.