Elektroschwache spontane Symmetriebrechung ist für mich viel schwerer zu verstehen als der Gluon-Quark-Plasmaphasenübergang. In letzterem bleiben die physikalischen Gesetze gleich und Gluonen und Quarks binden sich nur unterhalb einer Temperaturschwelle aneinander, weil die freie Energie, die ihre thermodynamischen Eigenschaften beschreibt, ein neues einzelnes globales Minimum darstellt.
Am EWSSB ändern sich jedoch die grundlegenden physikalischen Gesetze, die Teilchenwechselwirkungen beschreiben (unser Standardmodell der Teilchenphysik), bei diesem Phasenübergang. Früher dachte ich, es sei nur ein Artefakt zur Erklärung der EW-Wechselwirkungen, aber seit das Higgs-Boson entdeckt wurde und eine systematische Erforschung des Higgs-Sektors am CERN stattfindet, muss EWSSB ernst genommen werden.
Jetzt frage ich mich, ob hinter dem EWSSB mehr steckt, als man auf den ersten Blick sieht. Genauer gesagt, könnten dunkle Materie und dunkle Energie durch diesen Phasenübergang erklärt werden?
1.- Ich denke, es ist vernünftig anzunehmen, dass die elektroschwache spontane Symmetriebrechung ein echter thermodynamischer Phasenübergang war.
2.- Ich denke auch, dass es vernünftig ist anzunehmen, dass es sich um einen „Phasenübergang erster Ordnung“ handelte.
3.- Ich denke, es ist auch möglich/wahrscheinlich , dass das Isospinor-Skalarfeld (Higgs-Feld) zwei verschiedene globale Minima präsentiert haben könnte, eines mit einem VEV von Null und eines mit einem VEV ungleich Null, als der Phasenübergang begann. Normalerweise treten Phasenübergänge erster Ordnung auf, weil ein neues globales Minimum der freien Energie des thermodynamischen Systems zusätzlich zu dem bereits bestehenden auftritt. Diese beiden globalen Minima ermöglichen die Koexistenz zweier unterschiedlicher Phasen mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften, zumindest für eine Weile. Solange das thermodynamische System, das Phasenübergänge erster Ordnung durchläuft, zwei unterschiedliche globale Minima der freien Energie aufweist, koexistieren die beiden Phasen meines Wissens überall, zumindest im thermodynamischen Limit.
Nucleation and domain expansion start only later (if they do), when one of
the minima becomes local and the remaining one stays global. The phase
belonging to the global minimum nucleates and expands at the expenses of the
one belonging to the local minima. The picture can become more complicated
if the transition process from being a global minimum to becoming a local
one is very fast (water supercooling would be an example).
4.- Wenn das Higgs-Feld zur Zeit noch die beiden globalen Minima hätte (oder ein globales und ein unterkühltes lokales, getrennt durch eine große Freie-Energie-Barriere), hätten wir meiner Meinung nach zwei verschiedene Sätze von Elementarteilchen mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften Eigenschaften. Die wahren Eichladungen und Massenwerte in diesen beiden Teilchengruppen wären:
a) Color, weak isospin, weak hypercharge and zero masses. (Higgs field
VEV=0).
b) Color, weak isospin and EM charge and non-zero massess. (Higgs field
VEV > 0).
5.- Wenn wir die beiden Sätze von Elementarteilchen hätten, könnten ihre Wechselwirkungen sehr, sehr schwach sein (es ist nur eine Annahme). Ich gehe davon aus, dass sie zumindest gravitativ interagieren würden.
6.- Wenn all dies möglich wäre, könnte dies dunkle Materie und/oder dunkle Energie erklären ?
For example, the long-range weak forces (in the massless sector) between
particles with the same Y_w and I^3_w could lead to large-scale repulsive
effects (see Quantum Field Theory 2nd Edition by Lewis E. Ryder, page 306
and references therein) that could, perhaps, explain the accelerated
expansion of the universe.
Ich entschuldige mich im Voraus dafür, dass ich diese Frage auf so seltsame Weise gepostet habe. Allerdings ist es die einzige Möglichkeit, die ich ausdrücken konnte, was ich im Sinn hatte.
Mir ist auch klar, dass es paradox ist (ich nehme an, viele werden es lächerlich finden), an zwei Sätze von Elementarteilchen zu denken, die unterschiedlichen physikalischen Gesetzen unterliegen, also seien Sie bitte nicht zu hart zu mir. Ich kann der Mathematik von EWSSB folgen, aber wenn ich an den physikalischen Prozess denke (grundlegende physikalische Gesetze, die sich plötzlich ändern/entwickeln? allmählich ändern/entwickeln?), habe ich das Gefühl, dass ich entweder etwas definitiv nicht richtig verstehe oder den dynamischen Prozess der Symmetriebrechung ist sehr schlecht verstanden.
Ich habe den sechsten Punkt geschrieben, eine einzige Frage gestellt und alles andere umformuliert, weil das ehrlich gesagt der Grund ist, warum ich angefangen habe, über die EW-SSB nachzudenken. Ich habe mich schon eine Weile gefragt, ob ein masseloses Higgs-Standardmodell, das mit unserem Standardmodell koexistierte, eine Reihe von "fast nicht wechselwirkenden Teilchen" erzeugen könnte, die die dunklen Komponenten des kosmologischen Lambda-CDM-Modells erklären könnten.
Der gesunde Menschenverstand sagt mir, dass die Antwort nein ist. Ich bin nicht naiv genug zu glauben, dass das alles wahrscheinlich richtig ist. Aber es sollte möglich (vielleicht sogar einfach) sein, zu überprüfen, ob die ganze Idee falsch ist, weil ich annehme, dass die Physik eines masselosen Higgs-Standardmodells entweder ausgearbeitet werden kann oder, noch besser, vielleicht hat es jemand bereits getan. Da ich diese Informationen nicht finden konnte und nicht in der Lage bin, sie selbst zu erarbeiten, habe ich beschlossen, diese Frage zu stellen.
Wenn ein solches Modell (Nullmasse-Higgs-Standardmodell) bereits entwickelt wurde, lassen Sie es mich bitte wissen. Ein Link wäre sehr willkommen.
Gitterberechnungen, die in den 90er Jahren durchgeführt wurden, haben ziemlich eindeutig gezeigt, dass der elektroschwache Phasenübergang ein glatter Übergang ist (es ist KEIN scharfer Phasenübergang), siehe zum Beispiel https://arxiv.org/abs/hep-lat/9809045 . Dies war bereits bekannt, bevor das Higgs entdeckt wurde, da die Higgs-Masse dem Endpunkt zweiter Ordnung des Übergangs erster Ordnung bei niedrigem entspricht Ist GeV, unter der unteren Grenze für extrahiert aus elektroschwachen Präzisionsdaten bei LEP. Jetzt wissen wir natürlich, dass es tatsächlich nur einen einzigen Higgs mit zu geben scheint GeV. Erweiterte Modelle mit zusätzlichen Higgses, die einen Übergang erster Ordnung ergeben, sind möglicherweise nicht völlig tot, aber sie werden sehr verworren.
Ich sollte erwähnen, warum sich die Menschen darum kümmern: Damit die elektroschwache Baryogenese funktioniert, müssen wir die Sacharow-Kriterien erfüllen, und eines davon ist, dass wir einen Nichtgleichgewichtsprozess benötigen. Bei einem Übergang erster Ordnung können wir Superkühlung und Blasenkeimbildung haben, aber bei einem glatten Übergang ist das System nie sehr weit vom Gleichgewicht entfernt. Die Tatsache, dass der Übergang reibungslos ist, war also eine der Tatsachen, die die EW-Baryogenese tötete.
Während sich die Leute mit der Überschrift befassen („Electroweak spontan symmetry breaking, a true phase transition?“), lassen Sie mich etwas zu den untergeordneten Fragen sagen.
3 - "Ist es vorstellbar, dass das Isospinor-Skalarfeld (Higgs-Feld) zwei verschiedene globale Minima aufweisen könnte, eines mit einem VEV von Null und eines mit einem VEV ungleich Null?"
Unter bestimmten Bedingungen hat der elektroschwache SM-Sektor ein zweites Minimum, aber es liegt nicht bei Null VEV, sondern bei einem viel größeren Nicht-Null-Feldwert. Null-VEV tritt nur bei so ultrahohen Temperaturen auf, dass das Higgs-Feld keine Gelegenheit hat, sein Minimum zu finden.
4-5 - Ich werde es anders formulieren als: Wenn Sie benachbarte Domänen hätten, die sich in unterschiedlichen Phasen und mit unterschiedlichen Partikelspektren befinden, könnten die Partikel aus den unterschiedlichen Domänen interagieren, und wie würden sie dies tun?
In einer Theorie mit einer komplizierteren Phasenstruktur als das Standardmodell und mit stabilen Domänenwänden könnten Sie feststellen, dass Anregungen in der Domänenwand als Schnittstelle zwischen der Physik der beiden Domänen dienen.
Das Standardmodell scheint jedoch diese Art von Phasenstruktur nicht zu haben. Hier (danke an "King Vitamin" von physicalforums.com für diese Referenz), Seite 52, heißt es, dass man im Single-Minimum-Standardmodell einfach keine Domain-Walls bekommt; und in der Zwischenzeit zerfallen in dem Bereich, in dem das Standardmodell ein zweites, echtes Minimum bei sehr hohen Maßstäben hat, die resultierenden Domänenwände einfach schnell.
Mein Verständnis ist, dass die Frage, ob der elektroschwache Übergang erster oder zweiter Ordnung war, nicht vollständig geklärt ist, aber die Beweise scheinen derzeit darauf hinzudeuten, dass er schwach erster Ordnung war: https://journals.aps.org/prd/ abstract/10.1103/PhysRevD.45.2933 . In diesem Fall hätte es vermutlich tatsächlich eine Phasenkoexistenz über verschiedene Regionen des Weltraums für einen sehr kurzen Zeitraum gegeben, als das Universum durch die kritische Temperatur abkühlte. Ich fragte nach der Phänomenologie dieses Prozesses unter Wie sah die elektroschwache Symmetriebrechung eigentlich aus? , erhielt aber keine Antworten.
Bearbeiten : Anscheinend ist diese Antwort wahrscheinlich falsch. Ich lasse es nur, weil ich denke, dass es einige interessante Diskussionen in den Kommentaren gibt.
Mitchell Porter
Parker
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Carlos L. Janer
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QMechaniker