Angenommen, Sie setzen die Parameter des Standardmodells so zurück, dass der Mittelwert des Higgs-Felds im Vakuum Null ist, was würde dann mit der Standardmaterie passieren?
Wenn die fundamentalen Fermionen von einer endlichen auf eine Null-Ruhemasse gehen, bin ich mir ziemlich sicher, dass die Elektronen mit Lichtgeschwindigkeit von den Kernen wegfliegen und positiv geladene Kerne zurücklassen, die versuchen, voneinander wegzukommen. Wenn ich mir die Lösung für das Wasserstoffatom anschaue, sehe ich nicht, wie es möglich wäre, Atome mit Elektronen mit einer Ruhemasse von null zu haben.
Was passiert mit Protonen und Neutronen? Da nur ein sehr kleiner Teil der Masse von Protonen und Neutronen die Ruhemasse der Quarks ist, und da sie da schon mit relativistischen Geschwindigkeiten herumfliegen, und da die Kernkraft so viel stärker ist als die elektrische Kraft mit an unglaubliche Abneigung gegen nackte Farbe, würden Protonen und Neutronen gebundene Ansammlungen von Quarks und virtuellen Gluonen bleiben? Würden sie etwas größer werden? Etwas weniger massiv?
Was würde mit Kernen passieren? Würden sie zusammen bleiben? Wenn die Protonen und Neutronen zusammenhalten und ihre Eigenschaften sich nur teilweise ändern, dann könnte ich dasselbe von Kernen erwarten. Unterschiedliche stabile Isotope, unterschiedliche Größen und unterschiedliche Massen, aber ich würde erwarten, dass es immer noch Kerne geben würde.
Auch die W- und Z-Teilchen gehen auf Null Ruhemasse. Was macht das mit den elektroschwachen Wechselwirkungen? Beeinflusst das normale stabile Materie (außerhalb der nuklearen Zerfallsmodi)? Ist die schwache Kraft nicht mehr schwach? Was passiert mit den Kräften insgesamt?
Die Analyse der Phasenstruktur von Eichtheorien ist ein ganzes Feld. Einige wichtige Durchbrüche waren die Anpassungsbedingungen der t'Hooft-Anomalie, die Banks-Zaks-Theorien, die Seiberg-Dualität und die Seiberg-Witten-Theorie. Hier gibt es viele Kontroversen, weil wir für den größten Teil des Weltraums keine Experiment- oder Simulationsdaten haben und es viel mehr Unbekanntes als Bekanntes gibt.
Das erste, was zu beachten ist, ist, dass, wenn der Vakuumerwartungswert des Higgs-Feldes Null ist, das Higgs die Niederenergiephysik nicht berührt. Sie können das Higgs auf Energieskalen ignorieren, die niedriger als seine Masse sind, und wenn diese Masse viel größer als die Protonenmasse ist, ist das Ergebnis qualitativ nicht vom Higgsless-Standardmodell zu unterscheiden. Also werde ich das Higgsless-Standardmodell beschreiben.
Auch ohne Higgs wird die elektroschwache Symmetrie ohnehin durch QCD-Kondensate gebrochen. Wenn der Higgs-VEV Null ist, werden W und Z nicht vollständig masselos, obwohl sie viel leichter werden.
Der Grund dafür ist, dass QCD ein nicht triviales Vakuum hat, in dem Quark-Antiquark-Paare eine q-qbar-Skalarflüssigkeit bilden, die die chirale Symmetrie der Quarkfelder spontan bricht. Dieses Phänomen ist robust gegenüber der Anzahl der leichten Quark-Aromen, vorausgesetzt, dass es nicht so viele gibt, dass Sie QCD dekonfinieren. QCD ist mit 6 Aromen immer noch asymptotisch frei und sollte selbst mit 6 Aromen von Quarks einschränkend sein. Ich habe also keine Bedenken, anzunehmen, dass der Confinement-Mechanismus immer noch mit 6 Flavors funktioniert und alle 6 jetzt wie das Up- und Down-Quark sind. Die Annahme, dass die qualitative Vakuumstruktur analog zu QCD ist, ist plausibel und stimmt mit den Anomaliebedingungen überein, aber wenn jemand sagen würde: "Nein, die Vakuumstruktur von QCD mit 6 leichten Quarks unterscheidet sich radikal von der Vakuumstruktur von QCD", würde ich es tun
Unter der Annahme, dass die QCD mit 6 leichten Quarks die gleichen Arten von Kondensaten erzeugt wie die QCD mit 3 leichten Quarks (eigentlich 2 leichte Quarks und ein halbleichtes Strange Quark), wird das Vakuum mit einer Flüssigkeit gefüllt, die SU(6)xSU bricht (6) chirale Rotationen von Quarkfeldern in die diagonale SU(6)-Untergruppe. Die SU(6) ist in Bezug auf starke Wechselwirkungen und Massenterme exakt, sie wird nur durch elektroschwache Wechselwirkungen gebrochen.
Die elektroschwachen Wechselwirkungen sind zwischen den 3 Familien vollständig symmetrisch, sodass es eine vollständig exakte SU(3) gibt, die für alle Ordnungen ununterbrochen ist. Das SU(6)xSU(6)-Brechen erzeugt eine Ansammlung von masselosen Goldstone-Bosonen, masselosen Pionen. Die Anzahl der masselosen Pionen ist die Anzahl der Generatoren von SU(6), also 35. Davon sind 8 genau masselos, während der Rest kleine Massen durch elektroschwache Wechselwirkungen erhält (aber 3 der verbleibenden 27 gehen in Ws und Zs über durch Higgs-Mechanismus, siehe unten). Die 8 masselosen Skalare ergeben zusätzlich zur Gravitation langreichweitige Kernkräfte, die eine attraktive umgekehrte quadratische Kraft zwischen Kernen sind.
Die Hadronen sind alle nahezu exakt symmetrisch unter dem Flavor SU(6)-Isospin und exakt symmetrisch unter der SU(3)-Untergruppe. Alle stark wechselwirkenden Teilchen fallen nun in die Darstellung von SU(6), und die Massenbrechung wird durch Terme, die durch die Einbettung von SU(3) in SU(6) klassifiziert werden, definiert, indem Koordinatenpaare gemeinsam ineinander gedreht werden.
Die Pionen und die Nukleonen sind stabil, die Stabilität der Pionen wird durch Masselosigkeit gewährleistet, die Stabilität der Nukleonen durch ungefähre Erhaltung der Baryonenzahl. Mindestens das SU(3)-Multiplet mit der niedrigsten Energie
Der am Brechen der chiralen SU(6)-Symmetrie der Quarks beteiligte Kondensatordnungsparameter ist zum eine indizierte Liste der Quarkfelder u,d,c,s,t,b. Der Ordnungsparameter ist wie ein Massenterm für die Quarks, und ich habe diesen Ordnungsparameter bereits diagonalisiert, um die Massenzustände zu finden. Das Wichtige an diesem Kondensat ist, dass die SU(2)-Eichgruppe nur auf den linkshändigen Teil der Quarkfelder wirkt und der linkshändige und der rechtshändige Teil unterschiedliche U(1)-Ladungen haben. Das Kondensat bricht also die SU(2)xU(1)-Eichsymmetrie.
Das Aufbrechen bewahrt eine bestimmte ununterbrochene U(1)-Untergruppe, die Sie finden, indem Sie die SU(2)- und U(1)-Generatoren einsetzen. Das linkshändige Quarkfeld hat die Ladung 1/6 und bildet ein Dublett, also für die Kombination wobei I der SU(2)-Generator und Y der U(1)-Generator ist, erhalten Sie eine Transformation von 2/3 und 1/3 auf der oberen und unteren Komponente, die genau gleich ist wie auf den Unterhemden (da sie kein I haben). Diese Kombination ist also nicht chiral und bewahrt das Vakuum. Das QCD-Vakuum bewahrt also die gewöhnliche elektromagnetische Untergruppe, was bedeutet, dass es ein Higgs erzeugt, genau wie das echte Higgs, das SU(2)xU(1) in U(1) elektromagnetisch zerlegt, mit W- und Z-Bosonen genau wie in das Standardmodell.
Dies ist nicht wirklich ein Zufall, wie es scheint - ein großer Teil davon ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass QCD-Kondensate in unserem Universum nicht geladen sind, sodass sie den Elektromagnetismus nicht brechen, weil u-bar und u haben eine entgegengesetzte elektromagnetische Ladungstransformation. Dies bedeutet, dass eine u-bar-u-Kondensation den Elektromagnetismus ungebrochen lässt, und es ist keine Überraschung, dass der Rest von SU (2) und U (1) nicht ungebrochen bleibt, da es sich um ein chirales Kondensat handelt, und diese sind chirale Eichtransformationen.
Der Hauptunterschied besteht darin, dass es 3 separate Higgs-ähnliche Kondensate gibt, eines für jede Familie, jedes mit einem identischen VEV, die alle unter der globalen exakten SU(3)-Familiensymmetrie vollständig symmetrisch zueinander sind.
Die W's und Z's erhalten eine Masse von einem beliebigen dieser 3, wodurch 2 dynamische Higgs-ähnliche Kondensate zurückbleiben. Der Hauptunterschied besteht darin, dass diese Skalarkondensate im Gegensatz zu einem fundamentalen Skalar-Higgs nicht unbedingt eine einfach unterscheidbare Higgs-Boson-ähnliche Oszillation aufweisen. Das Ergebnis davon ist, dass die Ws und Zs Massen im QCD-Maßstab annehmen, also etwa 100 MeV für die Ws und Zs, im Gegensatz zu etwa 100 GeV in der realen Welt. Das Verhältnis der W- und Z-Masse ist genau wie beim Standardmodell.
Das Niedrigenergiespektrum der QCD wird aufgrund der großen Quarkzahl drastisch modifiziert. Die 8 masselosen Pionen und 24 nahezu masselosen Pionen (drei der Pionen werden von den Ws und Zs gefressen, um Teil der massiven Vektoren zu werden) umfassen alle Diquark-Freiheitsgrade, die wir Pionen, Kaonen und bestimmte schwere Quark-Mesonen nennen. Es wird immer noch eine einzelne Instanton-schwere Eta-Primzahl aus dem Instanton-verletzten chiralen U(1)-Teil von U(6)xU(6) geben. Es sollten 35 Rho-Partikel vorhanden sein, die sich in 8 und 27 aufteilen, und 35 A-Partikel, die sich in 8 und 27 aufteilen, um die Geschmackssymmetrie effektiv zu messen.
Man könnte sich vorstellen, dass die 6 Quarks durch ihre starke Wechselwirkung mit den Higgs-ähnlichen Kondensaten eine Masse in der Größenordnung von einigen meV erhalten, aber da die Masse eines Quarks in kurzer Entfernung vom Propagator definiert ist, könnte es richtiger sein sagen, dass die Quarks masselos sind. Einige der Teilchen, die Sie im Datenbuch sehen, das Sigma (660), das f0 (980) sollten verschwinden (da diese seltsam sind - sie könnten das Produkt von Pion-Wechselwirkungen sein, die einige extrem instabile gebundene Zustände erzeugen, etwas, das würde mit masselosen Pionen nicht funktionieren)
Das Elektron und das Neutrino sind masselos, mit Ausnahme der direkten Kopplung von nicht renormierbaren Quarks und Leptons, die das Elektron an das chirale Higgs-Quark-Kondensat koppeln würde. Dieser Effekt ist Dimension 6, also ist die Compton-Wellenlänge des Elektrons vergleichbar mit dem aktuellen Radius des sichtbaren Universums. Die Neutrinomasse wird noch stärker unterdrückt, könnte also genauso gut masselos sein.
Das masselose Elektron wird dazu führen, dass die elektromagnetische Kopplung (das unter der QCD-Skala verbleibende U(1) ohne Higgsed) bei großen Entfernungen logarithmisch auf Null geht, ausgehend vom logarithmischen Ablauf des QED-Screenings. Daher wird der Elektromagnetismus, obwohl es dieselbe Untergruppe von SU(2) und U(1) sein wird wie im Higgsed-Standardmodell, in makroskopischen Entfernungen viel schwächer sein als in unserem Universum.
Kerne sollten sich wie üblich in kurzen Abständen bilden, obwohl Isospin jetzt eine nahezu exakte SU(6)-Symmetrie ist, die nur durch Elektromagnetismus und nicht durch Quarkmasse gebrochen wird, und mit einer exakten SU(3)-Untergruppe. Alle Kerne kommen also in SU(6)-Multipletts, die leicht in SU(3)-Multipletts aufgeteilt sind. Die starke Kraft hat eine größere Reichweite und ohne den logarithmischen Abfall der elektromagnetischen Kraft, da die Pionen schnell zu einer Freifeldtheorie laufen, da die Pion-Selbstwechselwirkungen vom Typ des Sigma-Modells sind. Die Pion-Wechselwirkungen werden in einer Newtonschen Annäherung ähnlich wie die Schwerkraft aussehen, aber skalarvermittelt, gehorchen also nicht dem Äquivalenzprinzip und verschwinden bei der Streuung bei Geschwindigkeiten, die mit der Lichtgeschwindigkeit vergleichbar sind.
Die Kombination einer langreichweitigen anziehenden Kernkraft und einer logarithmischen abgeschirmten elektromagnetischen Kraft könnte Ihnen kerngebundene Galaxien geben, die durch die verbleibende langsam abgeschirmte elektrostatische Abstoßung auf festen Dichten gehalten werden. Diese Galaxien werden von einer Wolke aus masselosen, ständig paarbildenden Elektronen und Positronen aus dem Vakuum durchdrungen.
Das Higgs-Feld hat einen Durchschnittswert ungleich Null. Und weil dies der Fall ist, haben viele Teilchen Masse, darunter das Elektron, die Quarks und die W- und Z-Teilchen der schwachen Wechselwirkung. Wenn das Higgs-Feld Null wäre, wären diese Teilchen masselos oder sehr leicht. Das wäre eine Katastrophe; Atome und Atomkerne würden nicht existieren. Nichts wie Menschen oder die Erde, auf der wir leben, könnte existieren, ohne dass das Higgs-Feld einen Durchschnittswert ungleich Null hat.
Aber die Teilchen im Universum wären organisierter.
Lass es uns unters Mikroskop legen..
Anstelle der elektromagnetischen und schwachen Kernkraft, die in unserer Welt mit ihrem Nicht-Null-Higgs-Feld vorhanden ist, hat eine Null-Higgs-Feld-Welt diese Kräfte durcheinander gebracht und neu angeordnet. Die neu angeordneten Kräfte werden Hyperladung und Isospin genannt (aus historischen Gründen; die Namen sind nur das, Namen, ohne andere Bedeutung.)
Im Rahmen dieser Verwürfelung werden die Kraftträgerteilchen verändert; Es gibt 3 W-Teilchen und ein X-Teilchen, und Z° und Photon fehlen. Und die W- und X-Teilchen sind jetzt alle masselos.
Die Kraftträger sind jetzt in einem anderen Sinne einfacher. Das Photon wirkt direkt auf die W- und W-Teilchen. Aber das X-Teilchen beeinflusst keines der drei W-Teilchen direkt. Die Gluonen beeinflussen sich wie zuvor; die Ws wirken sich auch auf sich selbst aus; aber das X-Teilchen beeinflusst überhaupt keine Kraftträger.
arivero