Der Beitrag zur Masse aus dem dynamischen Brechen der chiralen Symmetrie

Oft wird behauptet, dass uns die Entdeckung des Higgs-Bosons Aufschluss über den Ursprung der Masse geben wird. Die nackten Massen der Up- und Down-Quarks sind jedoch nur etwa 5 MeV, also ein ganzes Stück kleiner als ihre „konstituierende“ oder „dynamische“ Masse von etwa 300 MeV. (Denken Sie daran, dass ein Neutron zum Beispiel aus einem Up- und zwei Down-Quarks besteht und eine Gesamtmasse von 939 MeV hat.) Was also ist der Grund für die Behauptung, dass das Higgs den Ursprung der Masse bei weitem am meisten ansprechen wird die Masse des Neutrons (und des Protons) stattdessen mit dem dynamischen Brechen der chiralen Symmetrie zusammenhängt?

Antworten (2)

Ihr Punkt ist absolut gültig und es ist ein Lieblingspunkt von David Gross, der zufällig die Quantenchromodynamik mitentdeckt hat. In der Tat wird von Journalisten oft gesagt, dass das Higgs-Boson das Gottesteilchen ist, das allem seine Masse verleiht. Ohne diese Masse wäre alles masselos.

Der Großteil der Masse der sichtbaren Materie ist jedoch in der Masse der Protonen und Neutronen gespeichert. Und ungefähr 98 % der Masse dieser Nukleonen stammen von den komplizierten QCD-Wechselwirkungen innerhalb dieser Teilchen, die auch viele virtuelle Gluonen und Quark-Antiquark-Paare erzeugen, abgesehen von der großen kinetischen Energie all dieser Teilchen, die dazu führt, dass ihre Gesamtmasse den Rest erheblich übersteigt Masse. Nur etwa 2 % der Masse der Nukleonen reduzieren sich auf die Higgs-erzeugte Ruhemasse der Up- und Down-Quarks.

Es ist etwas subtil, ob man sagen sollte, dass diese 98% der Protonenmasse aus der chiralen Symmetriebrechung stammen. Für die Pionen wäre es völlig richtig. Pionen wären masselos, wenn die chirale Symmetrie nicht gebrochen wäre; bei den Nukleonen wäre das etwas anders, weil ihre Masse auch bei exakter chiraler Symmetrie nicht geschützt wäre.

In gewissem Sinne ist das Gottteilchen jedoch sogar für diese dominante QCD-erzeugte Masse des Protons notwendig: Sie brauchen Quarkmassen ungleich Null, um die chirale Symmetrie wirklich zu brechen. Das Brechen der chiralen Symmetrie verstärkt nur diesen anfänglichen "Impuls" - die Ruhemassen ungleich Null - um die chirale Symmetrie zu brechen.

Sie und David Gross haben also natürlich Recht, dass die Journalisten die Bedeutung des Gottesteilchens übertreiben; Der größte Teil der uns bekannten Materialien stammt aus dem QCD-Durcheinander. Allerdings wäre selbst das Brechen der chiralen Symmetrie ohne das Gott-Teilchen schwierig.

Vielen Dank Lubos für deine Hilfe. Meine einzige verbleibende Frage betrifft die Notwendigkeit von Quarkmassen ungleich Null, um die chirale Symmetrie zu brechen. Mich würde interessieren, ob es eine eindeutige Möglichkeit gibt, dies zu sehen. Meine Intuition ist, dass dies aus einer Art aktueller algebraischer Beziehung stammen müsste. Andererseits tritt im Nambu--Jona-Lasinio-Modell eine dynamisch erzeugte Masse auch ohne explizite Bare-Quark-Masse auf.
Lubos, ich denke, Sie müssen wissen, dass Ihre Antwort nicht wirklich korrekt ist. Quarkmassen ungleich Null von der Kopplung an das Higgs werden nicht als eine Art "Impuls" benötigt, um das Brechen der chiralen Symmetrie auszulösen. Bei der QCD muss eine spontane chirale Symmetriebrechung auftreten, selbst wenn die Quarkmassen verschwinden. Für 3 Generationen wurde dies von t'Hooft als Folge von Anomaly Matching festgestellt. Es ist wichtig, explizites und spontanes Brechen der chiralen Symmetrie zu unterscheiden, sie sind unterschiedliche Konzepte und haben unterschiedliche Konsequenzen.

Die zusätzliche Masse des Protons und Neutrons ist nicht auf das Brechen der chiralen Symmetrie zurückzuführen. Es liegt an der Energie in den elektromagnetischen und starken Kraftfeldern.

Wenn die chirale Symmetrie eine exakte Symmetrie des Lagranges wäre, dann hätten die Pionen und andere Mesonen (nicht die Baryonen) aufgrund des spontanen Brechens der chiralen Symmetrie eine Nullmasse. Die chirale Symmetrie ist aufgrund der geringen bloßen Masse der Quarks nicht exakt, sodass die Mesonen nicht genau masselos sind.

Daraus können Sie sehen, dass Ihre Frage etwas verwirrt ist, aber ein Teil, der richtig ist, ist, dass der größte Teil der Masse in gewöhnlicher Atommaterie nicht auf den Higgs-Mechanismus zurückzuführen ist. Wenn Leute sagen, dass das Higgs-Boson uns Informationen über den Ursprung der Masse geben wird, meinen sie die nackten Massen von nicht zusammengesetzten Teilchen wie Elektronen und Quarks.

Eigentlich ist diese Antwort verwirrt. Der größte Teil der Masse des Protons und Neutrons IST auf dynamisches (spontanes) Brechen der chiralen Symmetrie zurückzuführen. In Ermangelung einer expliziten chiralen Symmetriebrechung von Quarkmassen würde dies zu masselosen Pionen führen, aber andere Mesonen wie die ρ , ω , A 1 , F 1 usw. wären in dieser Grenze nicht masselos.
Mich interessiert, wie Sie die Behauptung rechtfertigen, dass die Masse des Protons auf eine spontane Brechung der chiralen Symmetrie zurückzuführen ist. Dies würde für mich nur Sinn machen, wenn es einen Punkt im Parameterraum gäbe, an dem die chirale Symmetrie nicht gebrochen ist und das Proton viel leichter ist. Das passiert nicht. Die Erklärung, die ich für die Masse gegeben habe, ist eine allgemeine, die immer noch richtig wäre. Es unterscheidet sich nicht sehr von der Erklärung von Lubos, außer dass ich eine störende Sprache vermieden habe, weil der Prozess in hohem Maße nicht störend ist.
Der Beitrag zur Masse aus dem dynamischen Brechen der chiralen Symmetrie
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