Bitte entschuldigen Sie zunächst die Unwissenheit hinter dieser Frage. Ich kenne ziemlich viel Mathe, aber fast keine Physik.
Ich hoffe, jemand kann mir eine kurze Erklärung geben, wie Physiker die Existenz des Higgs-Bosons vorhersagen konnten. Hier ist ein (vielleicht völlig falsches) Beispiel für die Erklärungsebene, die ich mir erhoffe:
„Betrachten Sie die folgende Gruppe [hier genaue Angabe einer bestimmten Gruppe einfügen]. Von dieser Gruppe ist bekannt, dass sie genau [hier Zahl einfügen] irreduzible Darstellungen hat. Alle bis auf eine dieser Darstellungen entsprechen einem zuvor beobachteten Teilchen über eine Entsprechung, in der die Eigenschaft [hier mathematische Eigenschaft der Darstellung einfügen] entspricht der Eigenschaft [hier physikalische Eigenschaft des Teilchens einfügen]. Das Higgs-Boson ist das Teilchen, das der übrigen Darstellung entspricht.“
Wenn ich zufällig auf die richtige Geschichte gestoßen bin, möchte ich, dass jemand die Lücken füllt. Wenn ich mir, was wahrscheinlicher ist, eine völlig falsche Geschichte ausgedacht habe, möchte ich, dass mir jemand eine genauere Geschichte auf etwa dem gleichen Niveau der Raffinesse gibt. Danke!
Nein, so geht das nicht. Das Higgs-Boson vervollständigt keine Gruppe von Teilchen, deren Existenz wir aus theoretischen Gründen erwarten konnten. (Andere Teilchen wurden ungefähr auf diese Weise vorhergesagt, z. B. die Charm- und Top-Quarks.) In dem Sinne, in dem Sie, glaube ich, darüber nachdenken, hatten die Physiker also keinen Grund, die Existenz des Higgs-Bosons vorherzusagen.
Woher es eigentlich kommt, ist die Tatsache, dass Teilchen eine Masse haben. Der Lagrangian (wenn Sie nicht wissen, was ein Lagrangian ist, lassen Sie es mich wissen, ich werde ihn in einer Erklärung bearbeiten) des Standardmodells soll unter der Eichgruppe unveränderlich sein , aber wenn Sie explizit Terme einschließen, um den Partikeln eine Masse zu verleihen, brechen sie diese Eichinvarianz. Der Higgs-Mechanismus ermöglicht es den Massentermen, spontan aus einer Koordinatenänderung heraus zu erscheinen, und es stellt sich heraus, dass die Eichinvarianz erhalten bleibt, wenn sie auf diese Weise erscheinen (im Gegensatz zu einer expliziten Hinzufügung). Und wenn der Higgs-Mechanismus zustande kommt, erfordert er notwendigerweise die Existenz mindestens eines weiteren Teilchens, nämlich des Higgs-Bosons.
Ich habe darüber einen Blogbeitrag geschrieben, der einige weitere mathematische Details enthält.
Mit ein paar Korrekturen denke ich, dass der Absatz lauten sollte:
„Betrachten Sie die folgende Gruppe SU(2)xU(1) . Diese Gruppe hat bekanntermaßen eine unendliche Anzahl irreduzibler Darstellungen. Alle außer den meisten dieser Darstellungen entsprechen einem zuvor beobachteten Teilchen über eine Korrespondenz, in der die Eigenschaft Quadratic Casimir Eigenwerte entspricht der Eigenschaft (von) schwachem Isospin und Hyperladung . Das Higgs-Boson ist das Teilchen, das der verbleibenden Darstellung schwacher Isospin-1/2 und Hyperladung 1/2 entspricht ."
In der Physik würde ich argumentieren, dass Sie sich mit dem folgenden Algorithmus vertraut machen sollten:
"Schließlich gibt es ein interessantes Problem und Sie haben eine Idee. Lassen Sie sich von der neuen Mathematik überwältigen. Versuchen Sie, das einfachste Modell zu erstellen. Investieren Sie etwas Zeit, hoffen Sie, dass niemand sonst eine bessere Idee hat und dass Ihr Ansatz im Experiment funktioniert. ( Und hoffen, dass es ein Experiment gibt, das sich auf Ihre Arbeit bezieht. Zu Ihren Lebzeiten.)"
Die Kurzversion der Geschichte ist, dass die Yang-Mills-Theorie für frühere Feldinteraktionen funktionierte und die Leute versuchten, sie auf andere Phänomene auszudehnen. Für Ihre Zwecke ist die Einführung zur Yang-Mills-Theorie auf Wikipedia lesenswert. Ich werde es hier nicht aufschreiben, aber vielleicht möchte jemand anderes es tun.
Es gibt einige Einschränkungen, die sich Leute ausgedacht haben, die Sie etwas einschränken, aber es gibt nicht nur ein Higgs-Modell. Physiker, die an alternativen Ansätzen arbeiten, werden Sie an jeder größeren Universität haben.
Noch zwei Anmerkungen: Warum manche Messgerätegruppen funktionieren und andere nicht, ist nicht ganz klar. Außerdem gibt es normalerweise eine große Menge irreduzibler Darstellungen. Die Rotationsgruppe in drei Dimensionen hat mindestens eine für jede ganze Zahl.
Hiren Patel
Benutzer10001