Зачем нужен гравитон, если есть бозон Хиггса?

Хиггс придает вещам массу покоя в стандартной модели, но это не единственный источник массы покоя. Существуют также ограничивающие сильные взаимодействия, которые придают адронам массу, не зависящую от бозона Хиггса.

Гравитон опосредует гравитацию, а Хиггс — нет. Сила Хиггса имеет малый радиус действия. Классический гравитон, возможно, уже наблюдается в трении пульсирующих двойных систем, что соответствует предсказанию ОТО для распада из-за гравитационных волн.

Одним из потенциальных источников вашей путаницы является то, что даже в классической физике существуют два разных понятия массы, инертная масса и гравитационная масса , которые, как оказалось, идентифицируются с высокой степенью экспериментальной точности. Один появляется в$F = m_i a$как фактор пропорциональности другому в законе Ньютона для силы тяготения (я буду пренебрегать всеми факторами, такими как$4\pi$В следующих)

$$F = \frac{G m_g M }{r^2}.$$ Это наблюдение фактически является ключом к принципу эквивалентности Эйнштейна. В общей теории относительности понятие гравитационной массы для больших объектов как бы бессмысленно, насколько мне известно, ее можно определить только в отношении пробных частиц «на бесконечности». Как вы знаете, тестовые объекты, которые, как считается, не вносят значительного вклада в тензор энергии-импульса $T$, распространяются вдоль геодезических относительно метрики $g$это решение уравнений поля Эйнштейна $$R - \alpha\,\text{tr}(R)g = T$$ куда $R$является тензором Риччи связности Леви-Чивиты $g$. Уравнения поля Эйнштейна можно рассматривать как несколько более сложную форму эквивалентности между гравитационной и инертной массой. На самом деле один из способов определить тензор энергии-импульса произвольной лагранжевой плотности $L$записывается в независимой от координат форме и варьируется по метрике $$\delta_g L = T \delta g.$$ Итак, если вы возьмете $L$быть лагранжевой плотностью стандартной модели, $T$будет определять плотность энергии конкретного классического решения. Пертурбативные методы в квантовой теории поля всегда включают расширение вокруг классического решения. В случае поля Хиггса в нетривиальном пространстве-времени это было бы решение некоторого дифференциального уравнения, полученное из лагранжиана обычным способом, возможно, локальные решения можно склеить только после калибровочных преобразований. Если пространство-время — это просто плоское пространство Минковского, возникает обычная картина нарушения симметрии.

Пертурбативные теории квантовой гравитации фиксируют классическое решение уравнений поля Эйнштейна (то есть пространство-время вместе с определенной метрикой).$g$на нем), так что в случае, если$T$содержит выражения, включающие поле Хиггса, это в принципе повлияет на решение, однако, как только вы выберете$g$быть чем угодно, кроме метрики Минковского или метрики какого-либо другого симметричного пространства, вам будет трудно даже записать пропагатор свободного поля.

Гравитоны — это кванты поля, возникающие при квантовании лагранжиана для линейных возмущений$g + \delta h$вокруг фиксированной фоновой метрики. Классически они известны как гравитационные волны. Если бы вы записали лагранжиан стандартной модели полностью и вычислили возмущение ($g + \delta h$) для определения взаимодействий, то вы обнаружите, что гравитон на самом деле взаимодействует с каждым полем (безмассовым или нет), но очень слабо . Я думаю, что Фейнман набросал некоторые из этих вычислений в своем тексте о квантовой гравитации для КЭД.

Таким образом, поле Хиггса и гравитон появляются в концептуально разных местах при любой попытке пертурбативно квантовать гравитацию с материей. Если рассматривать квантовую теорию поля только на искривленном фоне, то гравитона не существует. Просто на самом деле гораздо сложнее создать явную теорию возмущений, и для начала нет четко определенного понятия массы (если только вы не предполагаете, что в бесконечности пространство-время есть пространство Минковского), которое в квантовой теории неразрывно связано с теорией представления Группа Пуанкаре.

Отношение неопределенности диктует,$m \simeq \dfrac{\hslash}{rv}$, куда,$m$масса обменной частицы,$r$диапазон силы и$v$скорость обменной частицы.

Так как диапазон гравитационной силы в бесконечности,$r=\infty$, масса предлагаемого гравитона должна быть равна нулю.

Теперь, согласно Стандартной модели, частицы приобретают массу, взаимодействуя с полем Хиггса, которое пронизывает все пространство. Теперь бозоны Хиггса опосредуют действие поля Хиггса, масса, как и предсказывалось, порядка$1 \quad TeV/c^2$.

Следовательно, как я понимаю, бозоны Хиггса дают массу, которая является свойством, благодаря которому возникает сила гравитации, опосредованная безмассовыми гравитонами.

Они оба нужны для разных функций.

Существуют также удерживающие сильные взаимодействия (кварки, глюоны, цветовой заряд), которые придают адронам массу, независимую от бозона Хиггса (взаимодействие, механизм).

Существует также доминирующий режим распада первого обнаружения бозона Хиггса, который, как оказалось, произвел пару глюонов , не говоря уже о массах других фундаментальных частиц / ЭМ-бозонов, которые связывают атомную структуру вместе. Количество энергии (2% EM 98% сильное + слабое) на самом деле не так уж важно, не так ли?

Точно так же, как должно существовать дополнительное инвариантное состояние покоя для связанной энергии, чтобы скорость света и масса покоя были инвариантны по Лоренцу, также должна существовать квантовая частица с нулевым спином, которая определяет механизм квантового спинового углового момента и то, как он может передавать энергию линейным режимам распространения энергии.

Возможно, нам все еще нужно иметь гравитон (со спином 2), но если мы это сделаем, даже его квантовый спин должен быть связан с единственным инвариантным спиновым состоянием, которое является нулевым спиновым состоянием Хиггса. В противном случае не существует механизма, позволяющего материи даже начать падать на другие гравитирующие массы под действием пары сил, опосредованной бозонами, которую мы называем гравитацией.