Warum glauben Wissenschaftler, dass Higgs-Felder metastabil sind?

Ich habe kürzlich einige Artikel über das falsche Vakuum in der Quantenfeldtheorie gelernt und gelesen.
Ich wollte wissen, warum Wissenschaftler glauben, dass das Higgs-Feld in einem metastabilen Zustand sein könnte und nicht wie die anderen Felder in einem Vakuumzustand.
Kann mir jemand erklären warum?

Vakuumzustände sind, wenn Felder oder Partikel ihr niedrigstes Energieniveau haben.
Metastabiler Zustand ist, wenn die Felder oder Partikel ein niedrigeres Niveau erreichen, aber nicht das niedrigste.
Habe ich recht ?
Vielen Dank im Voraus, Creekorful

Ich habe meinen Kommentar über das Boson gelöscht, aber das war vielleicht nicht das, was der Physiker meinte. Ich denke, Sie sollten Ihren Beitrag erweitern, um ein wenig darüber zu sagen, was Ihrer Meinung nach metastabile und Vakuumzustände sind und wie sie sich unterscheiden, nur eine kurze Zusammenfassung, einschließlich der VEV anderer Felder im Vergleich zu der des Higgs. Sie sollten auch Ihre Quelle für das Zitat angeben ... warum Wissenschaftler glauben, dass das Higgs-Feld in einem metastabilen Zustand sein könnte
Ich kann den Artikelnamen nicht finden. Aber es gibt ein Video, das dasselbe besagt: youtube.com/watch?v=ijFm6DxNVyI . Das Video besagt, dass alle Felder ihren Grundzustand erreichen wollen: den Vakuumzustand. Bis auf das Higgs-Feld
Ich fand es äußerst merkwürdig, dass ich erst vor ein paar Tagen auf dieses Video gestoßen bin: youtube.com/watch?v=ijFm6DxNVyI , wo sie auf wirklich enthüllende Weise über falsches Vakuum in QFT sprechen. Vielleicht hilft es hier weiter.

Antworten (1)

Ich habe kürzlich einige Artikel über das falsche Vakuum in der Quantenfeldtheorie gelernt und gelesen.

Hier ist eine Definition:

In der Quantenfeldtheorie ist ein falsches Vakuum ein metastabiler Sektor des Raums, der ein störendes Vakuum zu sein scheint, aber aufgrund von Instanton-Effekten, die zu einem niedrigeren Energiezustand tunneln können, instabil ist

falsches Vakuum

Ein Skalarfeld φ in einem falschen Vakuum. Beachten Sie, dass die Energie E höher ist als im wahren Vakuum oder im Grundzustand, aber es gibt eine Barriere, die verhindert, dass das Feld klassisch zum wahren Vakuum herunterrollt. Daher muss der Übergang zum wahren Vakuum durch die Erzeugung hochenergetischer Teilchen oder durch quantenmechanisches Tunneln angeregt werden.

Die Existenz eines falschen Vakuums ist eine Hypothese, die einige Theorien verwenden können, aber es ist nicht der Higgs-Mechanismus.

Ich wollte wissen, warum Wissenschaftler glauben, dass das Higgs-Feld in einem metastabilen Zustand statt in einem Vakuumzustand sein könnte.

Das Higgs-Feld ist nicht metastabil im Sinne eines falschen Vakuums. Sie ist abhängig von der verfügbaren Energie und ist symmetrisch für hohe Energien der beteiligten Wechselwirkungen (Größenordnung von 100 GeV) und gebrochen für niedrigere Energien.

Ein Beispiel für Symmetriebrechung analog zu dem, was mit dem Higgs-Feld passiert:

Higgs-Feld

Spontane Symmetriebrechung vereinfacht: – Bei hoher Energie (links) setzt sich die Kugel in der Mitte ab und das Ergebnis ist symmetrisch. Bei niedrigeren Energieniveaus (rechts) bleiben die allgemeinen "Regeln" symmetrisch, aber das "Mexican Hat"-Potenzial tritt in Kraft: Die "lokale" Symmetrie wird unweigerlich gebrochen, da der Ball schließlich (zufällig) in eine Richtung rollen muss und nicht in die andere.

Bei jeder Energie ist das Vakuum stabil, es ist kein falsches Vakuum. Der Unterschied zwischen dem Vakuum für die anderen Felder, wie dem Elektronenfeld und dem Photonenfeld, liegt im Vakuumerwartungswert .

In der Quantenfeldtheorie ist der Vakuumerwartungswert (auch Kondensat oder einfach VEV genannt) eines Operators sein durchschnittlicher Erwartungswert im Vakuum.

Für alle anderen Teilchen ist der Vakuum-Erwartungswert im Standardmodell Null, für das Higgs sind es 246GeV, im gebrochenen Zustand.

Die Bedingungen für Symmetrie bestanden nach dem Urknallmodell zu Beginn des Universums . Die Symmetrie wird bei etwa 10^-10 Sekunden im Leben des Universums gebrochen (Temperaturen entsprechen 100 GeV) und das Higgs-Feld nimmt das große vev an.

Hallo Anna! Dies sind alles nur grundlegende Definitionen, die in QFT-Lehrbüchern zu finden sind. Was ich wirklich gerne lernen würde (insbesondere von einem Experimentator wie Ihnen), und ich folgere aus der Frage, dass OP es auch lernen möchte, ist, welche Arten der aktuellen experimentellen Daten für die Metastabilität des elektroschwachen Vakuums sprechen ( all das?) und welche Auswirkungen wird die Metastabilität auf das Schicksal des Universums haben.
Außerdem ist Metastabilität nicht dasselbe wie spontane Symmetriebrechung! Die Frage ist: Warum hat unser Universum während der Symmetriebrechung einen metastabilen Vakuumzustand gewählt (der meines Wissens um viele Größenordnungen flacher ist als das wahre Vakuum) anstelle des stabilen? Vielleicht hat es etwas mit der Inflation zu tun? Bitte korrigieren Sie mich, wenn ich falsch liege, ich bin kein Experte auf diesem Gebiet, aber ich würde gerne mehr wissen.
@SolenodonParadoxus Ich kenne keine Experimente, die nach Metastabilität des Higgs-Feldvakuums suchen. Es gibt Spekulationen, die mit kosmologischen Modellen überprüft werden müssen, schätze ich, physical.aps.org/articles/v8/108 . scheint, dass genauere Messungen der oberen Masse und der Higgs-Boson-Masse gemäß dem verlinkten Artikel beitragen könnten.
@SolenodonParadoxus Ich betone auch, dass das Higgs-Feld stabil ist, Symmetriebruch ist keine Metastabilität, was mir die Verwirrung zu sein schien. Die mögliche Metastabilität des Higgs-Feldes ergibt sich aus Berechnungen wie im Link, aber 1,3 Sigma-Differenz ist identisch mit Rauschen, kein Signal, in der Teilchenphysik, die sich mit fünf Sigma-Signifikanzen befasst, um eine Messung zu akzeptieren.
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