Warum hat das Higgs-Boson den Spin 0?

Warum hat das Higgs-Boson den Spin 0? Detaillierte Antworten in Gleichungsform wären großartig, aber wenn möglich, wäre eine Erklärung der ursprünglichen Logik hinter diesem Merkmal des Higgs-Mechanismus (z. B. "Partikel mit Masse zu versehen, ohne ihre Spinzustände zu ändern") ebenfalls wünschenswert.

Es muss AFAIK nicht Spin-0 sein, aber die einfachste Vorhersage, das „Standardmodell Higgs“, ist es einfach. Fragen Sie nach einer Erklärung, warum der SM Higgs keinen Spin hat, oder haben Sie an allgemeinere Anforderungen gedacht, die bedeuten würden, dass jeder Higgs spinlos hätte sein müssen?
Meine Absicht war letzteres: Waren andere Treiber als Einfachheit und Occams Rasiermesser am Werk, als Higgs zum ersten Mal als Spin 0 postuliert wurde? Da es keine bekannten Beispiele für punktförmige Spin-0-Bosonen gibt, tritt diese scheinbar triviale Annahme tatsächlich ein wenig außerhalb der Grenzen der bekannten Physik. Ich fragte mich, ob dieser Punkt möglicherweise zu einer frühen Erforschung komplizierterer Higgs-Optionen geführt haben könnte. Zum Beispiel fallen pionartige Zusammensetzungen zweier Spin-1-Bosonen als nächsteinfache Möglichkeit ein, wenn Spin 0 vermieden wird. Hmm. Vielleicht muss ich nur eine gute Literaturrecherche zu meiner eigenen Frage durchführen? ...
Ich denke, es kam aus der Berechnung, aber ich erinnere mich nicht an die Details - ich müsste einige Dinge nachschlagen, um das anzusprechen. Was Higgs-Modelle jenseits des SM-Higgs betrifft, müsste sich jemand anderes darum kümmern.
David, danke. Die jüngsten LHC-Bedenken haben hoffentlich mehrere „andere Optionen“ reaktiviert. Linien des Higgs-Denkens, so dass mir das Literaturscannen vielleicht leichter fällt.

Antworten (3)

Das Higgs-Boson ist per Definition die Anregung des Feldes hinter dem Higgs-Mechanismus. Der Higgs-Mechanismus ist eine spontane Symmetriebrechung. Spontane Symmetriebrechung bedeutet, dass die Gesetze der Physik oder der Aktion S , ist bezüglich einer gewissen Symmetrie symmetrisch G , dh

δ G S = 0
Der Vakuumzustand der Quantenfeldtheorie ist jedoch unter den Generatoren dieser Symmetrie nicht symmetrisch,
G ich | 0 ⟩ ≠ 0
Wenn wir diese Bedingungen auf der Ebene der klassischen Feldtheorie erfüllen wollen, muss es ein Feld geben ϕ so dass der Vakuumerwartungswert
⟨ ϕ ⟩ ≡ ⟨ 0 | ϕ ( x ) | 0 ⟩
ist nicht symmetrisch unter G ,
δ G ⟨ ϕ ⟩ ≠ 0
Wenn jedoch das Feld ϕ Wenn der Vev ungleich Null einen Spin ungleich Null hätte, wäre der Vakuumerwartungswert unter der Lorentz-Symmetrie auch nicht symmetrisch, da bestimmte Komponenten eines Vektors oder eines Tensors ungleich Null wären und jeder Vektor oder Tensor ungleich Null, mit Ausnahme von Funktionen von g μ v und ϵ λ μ v κ , bricht die Lorentz-Symmetrie.

Da man nur die (globale Komponente der) Eichsymmetrie, nicht aber die Lorentz-Symmetrie brechen will, muss das Feld mit dem von Null verschiedenen vev Lorentz-invariant sein, dh Singulett, dh Spin-Null j = 0 Feld, aber es muss in eine nichttriviale Darstellung der Gruppe transformiert werden, die gebrochen werden soll, z S U ( 2 ) × U ( 1 ) . Das Standardmodell Higgs ist ein Dublett darunter S U ( 2 ) mit einigen Gebühren unter der U ( 1 ) so dass das vev unter einer anderen "Diagonale" immer noch invariant ist U ( 1 ) , die elektromagnetische. Die Higgs-Komponente, die ein vev hat, ist elektrisch neutral, wodurch die elektromagnetische Gruppe ununterbrochen, die Photonen masselos und der Elektromagnetismus eine Fernkraft ist.

Abgesehen vom Higgs-Mechanismus gibt es andere, weniger gut etablierte vorgeschlagene Mechanismen, wie die elektroschwache Symmetrie gebrochen und die W-Bosonen und Z-Bosonen massiv gemacht werden können. Sie laufen unter den Namen "Technicolor", "Higgs Compositeness" und so weiter. Die De-facto-Entdeckung des 125-GeV-Higgs am LHC hat diese Theorien mehr oder weniger für immer ausgeschlossen. Das Higgs-Boson scheint vergleichbar leicht wie W- und Z-Bosonen und schwach gekoppelt zu sein, nahe an den Vorhersagen des Standardmodells, und der oben skizzierte Higgs-Mechanismus muss die richtige Niederenergiebeschreibung sein (bis zu Energien weit über der elektroschwachen Skala). .

Um nur ein einfaches, aber wichtiges Argument hervorzuheben.

Wenn Higgs dafür verantwortlich sein soll, Partikeln Masse zu geben, muss es sich um ein skalares (Spin-0) Partikel handeln, da die Masse eines Partikels unabhängig vom Bezugssystem ist, genau wie die Werte des Feldes ψ eines Spin-0-Teilchens sind bezugssystemunabhängig.

Vergleichen Sie dies beispielsweise mit ruhenden geladenen Teilchen, die in einem statischen elektromagnetischen Potentialfeld potentielle Energie gewinnen EIN Ö (was überall gleich ist). Solange Sie im Ruhesystem bleiben, sieht es so aus, als hätten die Partikel eine zusätzliche Masse gewonnen q EIN Ö . Sobald Sie jedoch zu einem anderen Bezugsrahmen wechseln, bricht die Illusion von zusätzlicher Masse zusammen. Der Grund, warum es zusammenbricht, ist das EIN μ ist ein Spin-1-Feld, das sich daher wie ein Vektor transformiert, der von einem Referenzrahmen zu einem anderen geht.

Hans.

@LubošMotl, Hans, ich danke euch beiden. Dies sind beides hervorragende Erklärungen, sehr von der Art, auf die ich gehofft hatte. Ich werde versuchen, Ihre beiden Antworten zu akzeptieren, zuerst Luboš wegen der Detailgenauigkeit, die ein tieferes Studium ermöglicht, dann Hans wegen seiner geschickten Hervorhebung eines schön kritischen Punktes. Wenn ich nur eins kann, Hans, war meine Absicht da, auch wenn die Software unkooperativ war. [Und ich sehe, ich bin wirklich ein Neuling: Stack Exchange würde mich noch keine der beiden Antworten akzeptieren lassen ...!]

Denn Hogs-Boson sind nur mit irgendeiner Teilchenmasse verwandt. Nicht mit Drehmoment oder Dipolmoment. Es ist also unnötig, dass es irgendeinen Spin hat. und die Partikelmasse wird nie geändert, ob sie sich dreht (spin) oder nicht. Hgs Boston braucht also keinen Spinwert.

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