Was ist der Unterschied zwischen dem Higgs-Boson-Teilchen und einem Elektron, das sich durch das Higgs-Feld bewegt?

Ja, ein Elektron ist nur eine Welle, wie Sie sagen, im Elektronenfeld, wie es für jedes Teilchen der Fall ist. Sie können auch im weiteren Sinne interpretieren, dass ein Feld an einem bestimmten Punkt in der Raumzeit gestört werden muss, damit Sie eine Wahrscheinlichkeit ungleich Null haben, es an diesem Punkt zu messen, obwohl dieses einfache Bild durch Quantenphänomene kompliziert wird.

Die Energie eines zerfallenden Teilchens kann und muss irgendwo landen. Das ist Energieerhaltung! Die Mechanismen sind nicht unbekannt, sie sind die möglichen Wechselwirkungen (lesen Sie das als Kräfte) zwischen Feldern, obwohl sie in ihrer Dynamik nicht alle klar verstanden sind.

Die Vorstellung, dass Partikel von Billardkugeln kollidieren, ist wirklich nicht die beste, die man im Hinterkopf behalten sollte, wenn man QFT in Betracht zieht. Das Elektron, das eigentlich eine Welle/Anregung in einem Feld ist, das sich in Gegenwart des Higgs-Feldes in der Raumzeit bewegt, muss in klassischer Sicht nicht mit einem Higgs-Teilchen „kollidieren“, um zu interagieren. Denken Sie daran, dass diese Feldanregungen nicht genau lokalisiert sind, so wie es eine Welle nicht ist. Was passiert ist, dass das Elektronenfeld mit dem Higgs-Feld interagiert und aus der Dynamik des Elektronenfelds gesehen entspricht es einer Masse. Die nächste Analogie, die mir in den Sinn kommt, die ziemlich schlecht ist: Geben Sie ihr nicht zu viel intellektuelles Gewicht, ist eine Kugel, die durch Wasser geht und durch die Interaktion mit den umgebenden Medien ein anderes dynamisches Verhalten annimmt, aber das ist auch schon alles .

Ihre Frage nach dem Unterschied zwischen einem Higgs-Teilchen und einem anderen ist wie die Frage, was der Unterschied zwischen Ton und Licht ist. Sie sind keine Erregungen desselben Mediums.

Mir sind leider keine guten und einfachen Analogien für den Higgs-Mechanismus bekannt. Die nächste Sache, die nicht einfach, aber konzeptionell ziemlich nahe ist, sind Elektronen im Kristall, die aufgrund ihrer Wechselwirkung mit dem Kristallgitter eine andere effektive Masse haben. Ohne effektive Feldtheorien zu verwenden, können Sie Elektronenwellenfunktionen modellieren, die sich im Kristallgitter bewegen, indem Sie die Standard-Quantenmechanik verwenden. Von dort aus studieren Sie ihre Dispersionsbeziehung, die im Wesentlichen die Gleichung ist, die Energie und Impuls miteinander verbindet. Die Dispersionsrelation nimmt in einigen Fällen die funktionale Form einer freien Welle an, aus der Sie auf eine effektive Masse schließen können. Sie können das so interpretieren, dass die Wechselwirkung mit dem Gitter die Masse des freien Elektrons verändert.

Das Higgs-Feld besteht eigentlich aus zwei komplexen Skalarfeldern (Spin 0), also gibt es zwei Teilchen- und zwei Antiteilchenanregungen (Quanten). Das Feldpaar transformiert sich als elektroschwaches Dublett, was im Wesentlichen bedeutet, dass die Higgs-Feldquanten mit den elektroschwachen Eichfeldquanten (W- und B-Bosonen) interagieren.

Außerdem hat das Higgs-Feld eine besondere potentielle Energie, so dass der niedrigste Energiezustand des Feldes ein Zustand ist, in dem das „Vakuum“ mit Higgs-Feld-Quanten „gefüllt“ ist. In einem solchen Grundzustand ist das Higgs-Feld kondensiert .

Tatsächlich wird das „Vakuum“ zu einem elektroschwachen Supraleiter. Und analog zu Photonen mit effektiver Masse in einem elektrischen Supraleiter wirken die elektroschwachen Bosonen im Higgs-Kondensat.

Es gibt jedoch eine bestimmte Kombination (Mischung) der$W^0$Und$B$Bosonen, die sich in diesem Kondensat frei ausbreiten können , und diese Mischung ist das physikalische Photon.

Der$W^+, W^-$, und eine komplementäre Mischung der$W^0$Und$B$Bosonen, die$Z^0$, können sich nicht frei ausbreiten und haben somit eine effektive Masse.

Materiefelder koppeln auch über eine Yukawa-Wechselwirkung an das Higgs-Feld , die im Higgs-Kondensat den Materiefeld-Quanten auch eine effektive Masse verleiht.

Schließlich ist das Higgs-Boson das Quant des verbleibenden Freiheitsgrades des Higgs-Feldes (die anderen drei werden von den drei massiven elektroschwachen Bosonen eingenommen). Das Higgs-Boson wäre auch ohne ein Higgs-Kondensat massiv .

In Summe,

• Die elektroschwachen Bosonen werden im elektroschwachen Higgs-Kondensat massiv, ähnlich wie das Photon in einem Supraleiter massiv wird.
• Die Materieteilchen, Fermionen, werden im Kondensat aufgrund einer Yukawa-Wechselwirkung massiv.
• Das Higgs-Boson wäre trotzdem massiv.

Ich möchte Ihrer Frage "Warum passiert das Elektron durch das Higgs-Feld anders als das Higgs-Boson" einige Dinge hinzufügen, die in den vorherigen Antworten nicht behandelt wurden?

1. Das Elektron ist eine Anregung des EM-Feldes, das überall im Raum existiert, so kann sich das Elektron ausbreiten, da es sich als Anregung im EM-Feld ausbreitet.

2. Das Elektron ist ein Lepton und muss dem Pauli-Ausschlussprinzip gehorchen, aber das Higgs-Bozon ist ein Bozon und gehorcht nicht dem Pauli-Ausschlussprinzip. Warum ist es wichtig? Da die Zahl der Higgs-Bozonen nicht erhalten sein muss, können wir unendlich viele Higgs-Bozonen in jeden Punkt im Raum bringen (genauso wie wir unendlich viele Photonen in jeden Punkt im Raum bringen können). Aber sehr vereinfacht gesagt kann innerhalb eines Quantensystems nur ein Elektron gleichzeitig denselben Quantenzustand einnehmen.

3. So können wir ein „Meer“ von Higgs-Bozonen erzeugen, genau wie ein „Meer“ von Photonen. Dieses 'Meer' könnte dann unendlich (da sie den Pauli-Ausschluss pr. nicht befolgen) mit Higgs-Bozonen gefüllt sein. Hat es eine 'Higgs-Bozon-Dichte' (es spielt keine Rolle, weil sie die Pauli-Ausschlusspr. nicht befolgen)? Aber die 'Dichte' ist an jedem Punkt der minimale Wert des Feldes. Das Higgs-Feld ist wie ein mexikanischer Hut. Sein niedrigster Wert liegt nicht in der Mitte, aber an jeder einzelnen Position im Feld nimmt es seinen niedrigsten Vakuumerwartungswert an. Warum ist das wichtig? Denn auf diese Weise hat dieses Higgs-Feld standardmäßig Energie (ohne Anregung). Deshalb unterscheidet es sich von allen anderen Feldern (außer dem Gravitationsfeld, aber das Graviton ist noch nicht bestätigt, aber dieses Feld muss auch überall einen Vektorwert annehmen,

4. Das Higgs-Feld nimmt also an jedem Punkt einen minimalen Skalarwert an, und das entspricht der Masse, die es den Teilchen gibt, mit denen es gekoppelt ist.

5. Das Elektron in Ihrer Frage koppelt also (das EM-Feld koppelt) mit dem Higgs-Feld, und so nimmt das EM-Feld die Energie aus dem Higgs-Feld und "gibt" sie an seine eigene Erregung, das Elektron. Diese Energie ist ein Skalar und wird die Ruhemasse des Elektrons sein.

6. Wie wirkt sich das auf das Elektron aus? Es wird sich in der räumlichen Dimension verlangsamen und in der zeitlichen Dimension beschleunigen.

7. Wie unterscheidet sich dieser vom Higgs-Bozon? Nun, in diesem Zusammenhang ist das Higgs-Bozon ähnlich betroffen. Es gewinnt Ruhemasse aus dem Higgs-Feld.

8. Das Higgsbozon ist die Anregung des Higgs-Feldes, genau wie das Elektron eine Anregung des EM-Feldes ist.

9. Die richtige Frage ist, wie gewinnt das Elektron in der QM die Ruhemasse aus dem Higgs-Feld? Es tut, indem es in das Higgs-Bozons-Meer stößt und dadurch langsamer wird? Nein. Es erhält seine Ruhemasse aus dem einzigartigen Charakter des Higgs-Feldes, dass es an jedem Punkt einen minimalen skalaren Vakuumerwartungswert ungleich Null hat (das ist die Masse des "durchgehenden" Elektrons), selbst wenn das Higgs -Feld ist nicht begeistert. Dieser Wert ist Energie, das Higgs-Feld ist standardmäßig wie ein geladenes Feld. Wenn das Elektron (das die Anregung des EM-Feldes ist) durch das Higgs-Feld geht, koppelt es mit ihm und nimmt seine Energie auf und wandelt sie in Ruhemasse um.

Um Ihre Frage zu beantworten, das Elektron gewinnt seine Ruhemasse nicht, indem es auf das Higgs-Bozon stößt. die Higgs-Bozonen sind die Erregung des Higgs-Feldes selbst. Wenn das Higgs-Bozon entsteht (das Higgs-Feld wird angeregt), erhält das Higgs-Bozon seine Ruhemasse auf die gleiche Weise wie das Elektron, indem es das vev, die Standardenergie des Higgs-Felds, in seine Ruhemasse umwandelt.

Eine weitere interessante Frage wäre das Photon. Warum koppelt es nicht (da es das EM-Feld anregt, wie das Elektron) mit dem Higgs-Feld? Die Antwort ist, weil das Photon eine Kombination der W- und Z-Bozonen ist, so dass sie diesen Ruhemasseneffekt aufheben. Deshalb ist die elektroschwache Theorie bewiesen, und das Photon und die W- und Z-Bozonen sind in etwa dasselbe, auf unseren niedrigeren Energieniveaus kombinieren sie sich, und 3 dieser Kombinationen heben den Higgs-Mechanismus nicht auf, also das W und Z Bozonen gewinnen Ruhemasse. Aber das Photon nicht, weil es eine Kombination ist, die diesen Effekt aufhebt. Das Gluon hingegen koppelt nicht mit dem Higgs-Feld, und ich habe keine Informationen darüber, warum, wäre interessant zu wissen.

Um zu rechtfertigen, einem vermeintlich masselosen Teilchen Masse zu verleihen, mussten Wissenschaftler etwas Außergewöhnliches tun. Sie gingen davon aus, dass Vakuum (leerer Raum) tatsächlich Energie hat, und auf diese Weise würde, wenn ein Teilchen, das wir für masselos halten, eindringt, die Energie aus dem Vakuum in dieses Teilchen übertragen und ihm Masse verleihen. Ein Mathematiker namens Jeffrey Goldstone hat bewiesen, dass es eine Reaktion gibt, wenn man eine Symmetrie verletzt (z. B. wäre eine Symmetrie mit einem Zauberwürfel, wenn man feststellt, dass die Ecken immer 0- oder 3-mal gedreht werden müssen, um lösbar zu sein (es funktioniert)). wird passieren. Im Fall des Zauberwürfels wird der Würfel unlösbar, wenn er verletzt wird. Im Fall des Higgs-Feldes wird etwas produziert, das nach Jeffrey (und einem anderen Wissenschaftler namens Yoichiro Nambu, der mit ihm zusammengearbeitet hat) benannt ist, ein Nambu-Goldstone-Boson. Wikipedia

Wenn wir über das klassische Bild des Higgs-Feldes sprechen wollen, müssen wir davon ausgehen, dass Teilchen wie Kugeln mit bestimmten Abmessungen sind. Sie müssen die Quantenerklärung von Teilchen vergessen, dass sie Anregungen eines Feldes sind. Dabei müssen wir an das klassische Higgs-Feld denken, das eine Art Flüssigkeit ist, die den leeren Raum (auch bekannt als Vakuum) füllt.

Die Masse selbst wird nicht durch das Higgs-Feld erzeugt – die Erzeugung von Materie oder Energie würde den Erhaltungsgesetzen widersprechen. Allerdings wird Teilchen aus dem Higgs-Feld, das die relative Masse in Form von Energie enthält, Masse "aufgeprägt". Hat das Feld ein ehemals masseloses Teilchen erst einmal beschenkt, verlangsamt sich das Teilchen, weil es schwerer geworden ist

Wir haben das klassische Bild des Higgs-Feldes noch nicht vollständig verstanden. Dies liegt daran, dass wir noch keine Lösung der Navier-Stokes-Gleichungen über das Higgs-Feld haben.