Erklärt das Higgs-Feld wirklich die Masse oder formuliert es sie nur um? Was ist mit der Ladung?

1. Ein offensichtlicher Unterschied zwischen den beiden von Ihnen erwähnten Denkweisen besteht darin, dass es im Fall des Higgs-Mechanismus eine beobachtbare Teilchenanregung des damit verbundenen Feldes gibt, die kürzlich gefunden wurde. Weiterhin ist zu beachten, dass der Higgs-Mechanismus nur die Massenerzeugung einiger Elementarteilchen betrifft. Die Masse zusammengesetzter Teilchen wie Hadronen ist größtenteils auf starke Wechselwirkungen zurückzuführen, die nichts mit dem Higgs zu tun haben.
2. Die Idee von Feldern, die das Universum umspannen, ist nicht einzigartig für das Higgs-Feld. Es ist das Prinzip, das der Quantenfeldtheorie zugrunde liegt, die alle Teilchen des Standardmodells beschreibt. Ich schlage vor, dass Sie sich in Büchern von Zee oder Srednicki ein fundiertes Wissen zu diesem Thema aneignen.
3. Der Grund, warum Masse durch das Higgs-Feld erzeugt wird, lässt sich auf die spontane Symmetriebrechung zurückführen. Es gibt keine solche Symmetrie, die die Ladungserzeugung auf ähnliche Weise erklären könnte.

Ich gehe hier nur auf Ihre erste Frage ein.

Um mit einer Randbemerkung zu beginnen, denke ich, dass die Idee, dass Masse eine grundlegende Eigenschaft eines Teilchens ist, auf wackeligen Beinen steht, seit Einstein die Äquivalenz von Masse und Energie gezeigt hat. Ich kann mir kaum vorstellen, dass es sehr lange gedauert hat, bis die Menschen zu dem Schluss kamen, dass Masse keine grundlegende Eigenschaft von Teilchen sein kann. Heute wissen wir, wie diese Massenenergie zustande kommt: im Grunde ähnlich wie eine elektrische Ladung in einem elektrischen Feld Energie gewinnt. Ein Unterschied besteht darin, dass wir keine Kontrolle über das BEH-Feld haben, während wir einige über elektromagnetische Felder haben.

Die Veränderung, die mit der Entdeckung des BEH-Bosons eingetreten ist, besteht also darin, dass wir einen Ast im Fundamentalitätsbaum hinuntergeklettert sind$^1$. Es ist, als würde man in einem Universum leben, in dem ein ziemlich starkes, konstantes elektrisches Feld allgegenwärtig ist, und Sie wissen aus Erfahrung, dass es schwieriger ist, einige Teilchen in eine Richtung zu bewegen als in eine andere.$^2$Sie schreiben also allen Teilchen, die so etwas wie eine gerichtete Masse sein könnten, eine fundamentale Eigenschaft zu. Sie haben jedoch keine Ahnung, warum diese Eigenschaft existiert. Und dann entdecken Sie das allgegenwärtige elektrische Feld: Sie finden heraus, dass Ihre gerichtete Masse einfach die Folge der Teilchen ist, die sich mit einer gewissen Stärke an dieses Feld ankoppeln.

In diesem hypothetischen Universum ist das BEH-Feld möglicherweise nicht immer präsent mit einem Vakuumerwartungswert ungleich Null. Angenommen, es könnte jedoch auf irgendeine Weise direkt induziert werden. Die hypothetischen Beobachter in diesem hypothetischen Universum würden dann direkt die BEH-Feldkopplung und den Energiegewinn von Teilchen entdecken, die damit verbunden sind, sich durch dieses Universum zu bewegen. Sie konnten Kopplungsstärken sofort Partikeln zuordnen.

In unserem Universum ist die Kopplung zum elektromagnetischen Feld viel deutlicher und wir können die Kopplungsstärken verschiedener Teilchen direkt beobachten. Im Gegensatz zu dem hypothetischen Universum von vorhin ist die Kopplung an das BEH-Feld in unserem das weniger offensichtliche. Nun befinden wir uns also im Fundamentalbaum für Massenenergie auf der gleichen Höhe wie zB für elektromagnetische Energie: die Ebene der Kopplungskonstanten. Diese sind für das BEH-Feld genauso mysteriös wie für das EM-Feld, in dem Sinne, dass wir nicht wissen, warum sie die Werte haben, die sie haben.

$^1$Ich stelle mir vor, dass der Fundamentalitätsbaum ungefähr so ​​aussieht .

$^2$Dies ist natürlich ein völlig fremdes Universum für uns, da geladene Teilchen ständig beschleunigt würden, aber das ist nebensächlich. Lassen wir auch außer Betracht, ob Leben in diesem Universum existieren könnte oder nicht ... Und ob das Universum selbst tatsächlich existieren könnte.

Dies ist keine vollständige Antwort auf Ihre Frage, sondern nur zwei Kommentare zu zwei bestimmten Punkten, die für einen Kommentar zu lang waren:

1. WRT, dass das Higgs aufgrund von Inhomogenitäten im Universum einen räumlich variierenden Hintergrund hat: Es ist wichtig zu bedenken, dass das Higgs-Feld SEHR MASSIV ist, wenn es einen VEV ungleich Null hat (wie es im heutigen Universum der Fall ist). Obwohl also beispielsweise ein Planet im Prinzip einen räumlich variierenden Higgs-Feld-Hintergrund erzeugen könnte [den man klassisch in guter Näherung berechnen kann], beträgt die Reichweite der "Higgs-Kraft" etwa 10^{-17}m, also der hintergrund$H(r) \sim e^{-mr}/r$wird über eine sehr kurze Distanz abgeschnitten, wobei das Higgs-Feld tatsächlich im Wesentlichen konstant bleibt.

2. WRT die Vakuumenergie des Higgs: In der Tat! Das Higgs könnte im Prinzip zur Vakuumenergie beitragen und die kosmologische Konstante verändern, dies ist ein Aspekt des Problems der kosmologischen Konstante! Tatsächlich war eines der ursprünglichen Probleme, die Leute wie Anderson mit dem Higgs-Mechanismus hatten, dass er einen zu großen klassischen Beitrag zur kosmologischen Konstante liefern würde, um mit Beobachtungen vereinbar zu sein. Weinbergs Perspektive (in seinem klassischen Artikel über das Problem der kosmologischen Konstante) ist, dass wir uns heute die Vakuumenergie des Higgs-Feldes als 0 vorstellen können (dh:$V(H)=0$Wenn$H=\langle H\rangle$, Wo$\langle H\rangle$ist heute der Higgs-Tierarzt). Dies impliziert, dass es in der Vergangenheit eine größere kosmologische Konstante gab$H=0$! In der Vergangenheit gab es jedoch auch eine höhere Energiedichte in Materie und Strahlung, und der Beitrag dieser beiden Teile überschwemmt den extraklassischen Beitrag zur kosmologischen Konstante aus dem Higgs-Feld.