Standardmodell: Problem mit Massen von Elementarteilchen?

In seinem Buch „Modern Particle Physics“ erklärt Mark Thomson zwei Probleme mit Massen von Elementarteilchen in der SM:

(i) Wenn wir den QED-Lagrange nehmen L = ψ ¯ ( ich γ μ D μ M ) ψ 1 4 F μ v F μ v , Wo D μ = μ + ich Q A μ ist die kovariante Ableitung. Einführung eines Massenbegriffs der Form 1 2 M γ 2 A μ A μ würde die geforderte Invarianz unterbrechen U ( 1 ) . Das verstehe ich soweit.

(ii) Auf Seite 469, in Kapitel 17.4, schreibt er:

Das Problem mit Teilchenmassen ist nicht auf die Eichbosonen beschränkt. Schreibe das Spinorfeld des Elektrons als ψ = e , kann der Elektronenmassenterm im QED-Lagrangian in Bezug auf die chiralen Teilchenzustände geschrieben werden als

M e e ¯ e = M e e ¯ [ 1 2 ( 1 γ 5 ) + 1 2 ( 1 + γ 5 ) ] e

Kurzer Kommentar von meiner Seite: Auf Seite 142 schrieb er Folgendes:

[...] jeden Spinor u kann mit in links- und rechtshändige chirale Komponenten zerlegt werden

u = 1 2 ( 1 + γ 5 ) u + 1 2 ( 1 γ 5 ) u .

Okay, weiter mit der Berechnung auf S. 469:

M e e ¯ e = [ . . . ] = M e e ¯ [ 1 2 ( 1 γ 5 ) e L + 1 2 ( 1 + γ 5 ) e R ] = M e ( e ¯ R e L + e ¯ L e R ) ( 17.16 )
In der SU(2) L Eichtransformation der schwachen Wechselwirkung, linkshändige Teilchen verwandeln sich in schwache Isospin-Dubletts und rechtshändige Teilchen in Singuletts, und damit den Massenterm von ( 17.16 ) bricht die erforderliche Eichinvarianz.

Frage:

Wie können wir seinen letzten Satz verstehen?

Antworten (1)

Wenn wir den Massenterm nehmen M e e ¯ e und wende eine SU(2) an L Messgerät-Transformation U , wir bekommen:

U ( M e e ¯ e ) = M e U e ¯ e = ( 17.16 ) M e U ( e ¯ R e L + e ¯ L e R ) = M e { ( U e ¯ R ) e L + e ¯ R ( U e L ) + ( U e ¯ L ) e R + e ¯ L ( U e R ) } .
Nun wissen wir, dass die schwache Wechselwirkung mit geladenem Strom nur an linkshändige chirale Teilchenzustände und rechtshändige chirale Antiteilchenzustände koppelt. Somit müssen die letzten beiden Terme verschwinden und wir erhalten:
M e U e ¯ e = M e { ( U e ¯ R ) e L + e ¯ R ( U e L ) } = ! M e e ¯ e = ( 17.16 ) M e ( e ¯ R e L + e ¯ L e R )
Wenn wir die letzte Gleichung sorgfältig vergleichen, sehen wir, dass die Eichinvarianz nicht gegeben ist, und wir brauchen daher den Higgs-Mechanismus.