Ich verstehe, dass die Erregung des Higgs-Feldes selbst das Higgs-Boson ist und nicht das Higgs-Feld selbst, was etwas in die kleine String-Theorie passt, die ich gelesen habe (Die Erregungen der Saiten sind die Teilchen, nicht die Saiten selbst) . Doch wie bekommt man eigentlich eine Anregung des Feldes? Da die Masse von etwas konstant ist, ist eine plötzliche Änderung nicht möglich, und selbst das Zerlegen in andere Dinge spart die Nettoenergie. Also, wie bekommen wir die Erregung? Nach meinem Verständnis bleibt die Nettoenergie erhalten, selbst wenn wir zwei Teilchen wirklich hart zusammenschlagen und sie auseinanderbrechen, und da Masse und Energie irgendwie dasselbe sind, was braucht es, um das Feld anzuregen ? Wie entsteht das Higgs-Boson?
Ich kenne mich jedoch nicht mit fortgeschrittener Teilchenphysik aus, dies basiert nur auf dem zufälligen Lesen von Artikeln.
Das Wort "Anregung" umfasst das Konzept der Quantisierung eines Felds.
Die erste Anregung eines Feldes ist ein Quant (Einheit) des Feldes. Die zweite Anregung eines Feldes sind zwei Quanten (Einheiten) des Feldes. Sie gilt für das elektromagnetische, das schwache, das stark-wechselwirkende und möglicherweise auch das Gravitationsfeld (für letzteres fehlt noch eine konsistente Theorie). Es ist das Konzept, ein a priori kontinuierliches Feld mit seinen tatsächlich diskontinuierlichen Quanten kompatibel zu machen.
Die erste Anregung eines Feldes ist das kleinste Nicht-Null-Feld (aber es gibt Ausnahmen, dazu komme ich weiter unten), das nach der Quantenfeldtheorie existieren kann. Ein starkes Feld hingegen besteht aus unzähligen seiner Quanten. Es ist dieses seltsame Verhalten der Natur, dass sich ein Feld, beispielsweise ein elektromagnetisches Feld, wenn es beispielsweise an einem Spalt oder sogar einem Doppelspalt gestreut wird, wie eine Welle verhält und beim Auftreffen auf den Detektor hinter dem Spalt als solche registriert wird eine Reihe von Quanten. Das Photon ist die kleinste Einheit eines elektromagnetischen Feldes. Es kann nicht in zwei Teile geteilt werden, um eine noch kleinere Einheit des elektromagnetischen Feldes zu erzeugen. Aus der Sicht eines klassischen kontinuierlichen Feldes ist das nicht zu verstehen, aber so verhält sich die Natur wirklich, sie hat Quanteneigenschaften. Die Quantennatur ist jedoch nicht immer spürbar. Weil ein Quant, obwohl es nur eins ist, unterschiedliche Energien haben kann. Ein sich langsam änderndes Feld wird also aus niederenergetischen Quanten bestehen, während ein sich schnell änderndes Feld aus hochenergetischen Quanten besteht. Der Nachweis einzelner niederenergetischer Quanten ist jedoch sehr schwierig, so dass das Gesamtverhalten eines solchen Systems als kontinuierliches Feld beobachtet wird. Hochenergetische Quanten können jedoch als eine Reihe von Einzelquanten detektiert werden, da die Energieänderung im Detektor groß genug ist, um detektierbar zu sein.
Kommen wir nun zum berühmten Higgs-Boson. Das Konzept wird genauso angewendet, ein Higgs-Boson ist die erste Anregung des Higgs-Feldes, zwei Higgs-Bosonen sind die zweite Anregung des Higgs-Feldes und so weiter. Ein "starkes" dynamisches (zeitlich veränderliches) Higgs-Feld besteht aus unzähligen Higgs-Bosonen. Es hat jedoch eine Eigenschaft, die es von anderen Quantenfeldern unterscheidet.
Wohingegen in den meisten Feldern (z. B. dem elektromagnetischen/Photonenfeld) ohne Quanten der Feldwert Null ist. Wenn es beispielsweise keine Photonen gibt, gibt es kein elektromagnetisches Feld. Sein Feldwert ist Null, dh elektrische und magnetische Feldstärke sind Null. Dies gilt nicht für das Higgs-Feld. Im Weltraum gibt es vielleicht überhaupt kein Higgs-Boson, aber das Higgs-Feld ist ungleich Null. Dieses Nicht-Null-Feld wird nicht quantisiert. Es kann nicht als Myriade von Higgs-Bosonen betrachtet werden. Das ist damit gemeint, dass der Vakuum-Erwartungswert des Higgs-Feldes nicht Null ist. Es kann nicht "gedämpft" werden. Es ist immer da. Higgs-Quanten zerfallen, sie verschwinden, aber das Higgs-Feld ohne Higgs-Quanten bleibt bestehen.
Ein Teil der Frage ist "Wie bekommen wir eine Erregung?". Überall wo eine Interaktion ist. Einer der einfachsten Fälle ist die Glühbirne. Durch die hohe Temperatur erreichen die Elektronen im Draht höhere Energieniveaus, von denen sie durch die Emission von Licht oder anders gesagt durch die Emission von Lichtquanten, Photonen, auf ihr ursprüngliches Energieniveau zurückkehren. Es ist eine Wechselwirkung der Elektronen mit dem elektromagnetischen Feld. Photonen haben keine Masse, daher ist keine Energieschwelle erforderlich, um sie zu erzeugen, die Wechselwirkung kann sehr schwach sein.
Für Higgs-Quanten braucht es mindestens 125GeV, um sie zu erzeugen, da sie eine große Masse haben. Also müssen Teilchen mit ausreichender Energie zertrümmert werden, um sie zu erzeugen.
Das Standardmodell der Teilchenphysik ist ein quantenfeldtheoretisches Modell und das Higgs-Boson ist eines der Elementarteilchen, das in diesem Modell axiomatisch gesetzt wird, noch bevor es experimentell gefunden wurde.
Die Quantenfeldtheorie ist ein mathematisches Werkzeug, das entwickelt wurde, um Teilchenwechselwirkungen in der Quantenmechanik berechnen zu können, wenn komplexe Streuprobleme auftreten, und die zur Berechnung von Zerfällen und Wirkungsquerschnitten verwendeten Feynman-Diagramme basieren auf QFT.
In dieser Theorie wird angenommen, dass alle Elementarteilchen in der Tabelle ein mathematisch definiertes Feld in der gesamten Raumzeit haben, ein Elektronenfeld, ein Neutrinofeld, ein spezifisches Quarkfeld usw. Es ist wie ein Lorenz-invarianter Äther, auf dem Wechselwirkungen stattfinden . Die Felder sind je nach Partikel als ebene Wellenlösung der entsprechenden quantenmechanischen Gleichung , Dirac oder Klein Gordon oder quantisierter Maxwell definiert. Erzeugungs- und Vernichtungsoperatoren , die auf diese Felder einwirken und die Teilchen ausbreiten und es ermöglichen, die Feynman-Diagramme zu schreiben, um die Wechselwirkungen zu berechnen.
Wie wird das Higgs-Feld angeregt, ein Higgs-Boson zu geben?
Durch einen Erzeugungsoperator, genauso wie das Elektronenfeld angeregt wird, um ein Elektron abzugeben. Es ist ein spezifischer mathematischer Formalismus, den man studieren muss, um ihn wirklich zu verstehen. Wenn die für eine Wechselwirkung verfügbare Energie unter der Masse des Teilchens liegt, liegt eine virtuelle Teilchenerzeugung vor .
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