Mecanismul Brout-Englert-Higgs

Mecanismul mecanismului Brout-Englert-Higgs sau Brout-Englert-Higgs-Guralnik-Hagen-Kibble (definit anterior numai mecanismul Higgs), a propus o idee de Philip Anderson , este mecanismul teoretic care confera masa la bozonilor gabaritul slab W și Z ^[1] și, în sensul său cel mai general, de asemenea , la fermioni , adică tuturor particulelor elementare masive (cu excepția neutrinului ).

Acesta poate fi considerat generat de un caz elementar condensare tahionică unui câmp scalar complex menționat câmpul Higgs (dintre care unul dintre cei este Particula Higgs ), care declanșează o ruptură spontană de simetrie .

Teoretizat în 1964, Brout - Englert - Mecanismul Higgs a fost validat în 2012 prin detectarea experimentală a bosonului Higgs. Pentru descoperirea sa, în 2013 , Peter Higgs și François Englert au primit Premiul Nobel pentru fizica .

Originea și dezvoltarea ideii

Cinci dintre cei șase câștigători ai Societății Americane de Fizică din 2010 Sakurai Premiul: Kibble, Guralnik, Hagen, Englert și Brout.

Ideea inovatoare a fost formulată de Peter Higgs la ' Universitatea din Edinburgh ^[2] , de Robert Brout și François Englert la' Université Libre de Bruxelles ^[3] și Gerald Guralnik , Carl Richard Hagen și Tom Kibble la " Imperial College ^[4] ^{[ 5]} , și a fost de a da în masă la un boson vector (numit de asemenea calibru boson ) prin intermediul ' de cuplare cu un câmp scalar , apoi numit câmpul Higgs. Importanța fundamentală a articolelor originale ale tuturor acestor autori pentru formularea mecanismului de Brout-Englert-Higgs (numit inițial mecanismul Higgs propus de Gerardus' t Hooft în 1971) a fost recunoscută oficial în 2008, cu ocazia sărbătoririi pentru a 50 -a aniversare a revistei Physical Review Letters ^[6] .

Rezultatul a fost realizat în contextul unui model de rupere spontană a simetriei de tipul propus de Yoichiro Nambu ^[7] și alții , în scopul de a explica " interacțiune puternică . Modele de acest tip au fost , de asemenea , inspirat de lucrările privind fizica materiei condensate , în special Lev Landau și Vitaly Ginzburg , și a propus Philip Anderson , care supraconductibilitate ar putea fi important în fizica relativistă; De asemenea , au fost anticipate de cercetările anterioare fizicianului elvețian Ernst Stueckelberg deja în 1938. ^[8]

Simularea unui eveniment într - un accelerator de particule , care este de așteptat să genereze un boson Higgs

Mecanismul Brout-Englert-Higgs a fost încorporată în modelul standard , într - o descriere a forței slabe ca teorie gauge , indiferent de Steven Weinberg și Abdus Salam în 1967; în acest context se referă în mod specific la ipoteza în masă a bosonii vectorului W și Z electroslab . Ideea generală a unui câmp scalar omniprezent responsabil pentru spargerea de simetrie a fost de asemenea folosită pentru a justifica masa fermioni (vezi mai jos si voce câmpul Higgs ).

Modelul standard prezice o stare de excitație cuantice masive de câmpul Higgs, numit bosonul Higgs, a cărui masă nu este prezis de modelul și a cărui detectare experimentală este considerat obiectivul principal de a confirma teoria. Anunțul de observare a unei particule cu caracteristici compatibile cu bosonul Higgs a fost dat de oamenii de știință de la CERN pe 4 iulie 2012 , în urma experimentelor cu " accelerator LHC - ul . ^[9]

Teorie

Pentru un exemplu de rupere spontană de simetrie, ne imaginăm un câmp scalar complex a cărui valoare în fiecare punct corespunde spațiului pentru

H(x,y,z)

{\ Displaystyle H (x, y, z)}

H (x, y, z)

.

Luați în considerare un câmp care oferă o energie potențială a formei

V(x,y,z)={\Big (}|H(x,y,z)|^{2}-v^{2}{\Big )}^{2}

{\ V displaystyle (x, y, z) = {\ Big (} | H (x, y, z) | ^ {2} -v ^ {2} {\ Big)} ^ {2}}

V (x, y, z) = {\ Big (} | H (x, y, z) | ^ {2} -v ^ {2} {\ Big)} ^ {2}

integrat pe spațiul. Acesta este non-negativ și există o varietate continuă de energie minimelor definită de

|H|^{2}=v^{2}.

{\ Displaystyle | H | ^ {2} = v ^ {2}.}

| H | ^ {2} = v ^ {2}.

Aceasta înseamnă, în termeni mai puțin tehnic, că potențialul de densitate de energie, considerată ca o funcție de $H.$ ${\ displaystyle H}$ $H.$ , Arata ca partea de jos a unei sticle de vin spumant: un deal înconjurat de o vale circulară. Se poate imagina valoarea câmpului complex ca un plan bidimensional, tip diagrama de Argand-Gauss , și potențialul ca înălțimea deasupra acestui plan.

Ideea $H=0$ ${\ Displaystyle H = 0}$ $H = 0$ este simetrică în raport cu simetria a grupului abelian U (1) (și în general față de simetrie electroslaba SU (2) x U (1)), care se schimbă faza complexă $H.$ ${\ displaystyle H}$ $H.$ ca

H\rightarrow e^{i\theta }H

{\ Displaystyle H \ rightarrow și ^ {i \ theta} H}

H \ rightarrow și ^ {{i \ theta}} H

care este nefavorabil energetic și, prin urmare, instabil. Pentru o valoare aleatorie a $\phi$ ${\ displaystyle \ phi}$ $\ phi$ se poate spune că câmpul Higgs „coboară din movilă“ și se sedimentează într-o valoare stabilă

H=ve^{i\phi }

{\ Displaystyle H = ve ^ i {\ phi}}

H = ve ^ {{i \ phi}}

a declarat valoarea așteptată în vid (un cuvânt are loc într - o condensare tahionică). Acest lucru determină o asimetrie a vidului , în sensul că starea lor de bază nu este invariantă în raport cu simetria U (1), care transformă valoarea $\phi$ ${\ displaystyle \ phi}$ $\ phi$ într-una diferită: se produce ruperea spontană de simetrie.

Acest model, în conformitate cu teorema lui Goldstone , hypothesizes o particulă scalar fără masă care ar fi excitație cuanta de-a lungul direcției de $\phi$ ${\ displaystyle \ phi}$ $\ phi$ Și asta se numește bosonul Nambu-Goldstone . Nu există nici un consum de energie potențială în mișcarea de-a lungul partea de jos circulară a văii, astfel încât energia acestei particule este pură energie cinetică ; ceea ce implică în domeniul teoriei cuantice că masa este zero. Particulele de scalar masă zero nu au fost încă demonstrată experimental.

Acesta a fost în anii șaizeci gravă problema de aplicare a teoriei Yang-Mills , de asemenea , cunoscut sub numele de teoria gauge non-abeliene , toate " interacțiune electroslab . Spre deosebire de foton în QED de fapt, bosonii vector de " interacțiune slabă ( W și Z bozonilor ) sunt masive, iar teoria Yang-Mills prezice existența bosoni fără masă. Datorită intuiției Higgs și alți oameni de știință, prin cuplarea unei teorii gauge cu un model de ruptură spontană de simetrie rezolvă problema într - o foarte elegant datorită bosoni Goldstone . Acest lucru este posibil deoarece, datorită proprietății de a teoriei câmpului cuantic , fara masa si masive bosoni vectoriale au , respectiv , 2 și 3 grade de libertate în ceea ce privește polarizarea : bosonul Goldstone scalar (adică 1 grad de libertate) , astfel , este vorba de a reprezenta gradul lipsă care este „dobândit“ de bosonul fara masa a teoriei gauge. Fiind cea a unui Higgs câmp de complex ar fi de joc trei bozoni Goldstone, adică, trei moduri lipsite de masă $\phi$ ${\ displaystyle \ phi}$ $\ phi$ Higgs, a cărui combinație cu ecartament bozonice conferite, în cazul specific celor trei bosonii vector slab , o masă care depinde practic de valoarea așteptată a vidului din același câmp Higgs.

Extinderea interacțiunea dintre câmpul Higgs cu simetrie ruperii câmpurilor fermionice , prin " interacțiunea dintre Yukawa , vă sunt obținute în Lagrangianului termeni de masă , care permit să se introducă în teorie, dar nu cuantifică, masele de fermioni.

În astrofizică

Acesta a fost propus ca mecanismul Brout-Englert-Higgs poate fi de asemenea aplicat produsului în „Higgs anihilare a“ antimateriei , dând naștere la linii în spectrul razelor gamma la anumite energii din masele de particule care interacționează, The wimp . ^[10]

Curiozitate

Peter Higgs a spus că a avut ideea de „mecanism“ care îi poartă numele în timpul unei plimbări pe dealuri Scoția e Cairngorm în jurul laboratorul lui, unde a revenit repede anunțând că a avut «o idee mare» ( «o idee mare» ).

Notă

^ G. Bernardi, M. Carena, și T. Junk: "bosoni Higgs: teorie și căutări", Review - uri de particule Grupa de date: particule ipotetice și concepte, 2007, http://pdg.lbl.gov/2008/reviews/ higgs_s055.pdf
^ Peter W. Higgs, Simetrii sparte și masele de bosoni gauge , în Physical Review Letters, voi. 13, 1964, pp. 508-509, DOI : 10.1103 / PhysRevLett.13.508 .
^ F. Englert și R. Brout, Fragmentat Simetria și masa de ecartament mezoni Vector , în Physical Review Letters, voi. 13, 1964, pp. 321-323, DOI : 10.1103 / PhysRevLett.13.321 .
^ GS Guralnik, CR Hagen, și TWB Kibble, globale de conservare Legile și lipsite de masă Particule în Physical Review Letters, voi. 13, 1964, pp. 585-587, DOI : 10.1103 / PhysRevLett.13.585 .
^ Gerald S. Guralnik, The History of the Guralnik, Hagen and Kibble development of theory of spontaneous symmetry Breaking and Gauge Particles , în International Journal of Modern Physics , A24, 2009, pp. 2601-2627, DOI : 10.1142 / S0217751X09045431 .
^ Physical Review Letters - A 50 -a aniversare Milestone Papers
^ Y Nambu, cvasiparticulelor și Gauge invarianța în Teoria Supraconductibilitatea , în Physical Review, vol. 117, 1960, pp. 648-663, DOI : 10.1103 / PhysRev.117.648 .
^ Stueckelberg, Helvetica Physica Acta Vol.11, 1938, p.299, 312
^ (EN) experimente CERN observă particule în concordanță cu căutat lung bosonul Higgs , pe press.web.cern.ch. Adus pe 4 iulie 2012 .
^ Propunere M. Taoso în [1] .

Bibliografie

GS Guralnik, CR Hagen și TWB Kibble, globale de conservare Legile și particule lipsite de masă , în Physical Review Letters, voi. 13, 1964, p. 585, DOI : 10.1103 / PhysRevLett.13.585 .
F R Englert și Brout, Fragmentat Simetrie și Liturghia Gauge mezoni Vector , în Physical Review Letters, vol. 13, 1964, p. 321, DOI : 10.1103 / PhysRevLett.13.321 .
Peter Higgs, Fragmentat Simetrii, fără masă , particulele și Ecartament Fields , în Physics Letters, voi. 12, 1964, p. 132, DOI : 10.1016 / 0,031-9,163 (64) 91136-9 .
Peter Higgs, Fragmentat Simetrii și masele de bosoni gauge , în Physical Review Letters, voi. 13, 1964, p. 508, DOI : 10.1103 / PhysRevLett.13.508 .
Peter Higgs, Spontan Simetria Detalierea fără bozoni fără masă , în Physical Review, vol. 145, 1966, p. 1156, DOI : 10.1103 / PhysRev.145.1156 .
Y Nambu; G-Jona Lasinio, Dynamical Modelul particulelor elementare bazate pe o Analogia cu Supraconductibilitatea , în I Phys. Rev. , vol. 122, 1961, pp. 345-358, DOI : 10.1103 / PhysRev.122.345 .
J Goldstone, A Salam și Weinberg S, Fragmentat Simetrii în Physical Review, vol. 127, 1962, p. 965, DOI : 10.1103 / PhysRev.127.965 .
PW Anderson, Plasmons, ecartament invarianța și masă , în Physical Review, vol. 130, 1963, p. 439, DOI : 10.1103 / PhysRev.130.439 .
Un Klein și BW Lee, Are spontană Defalcarea simetriei Sugereaza Zero-Mass Particule? , În Physical Review Letters, voi. 12, 1964, p. 266, DOI : 10.1103 / PhysRevLett.12.266 .
W Gilbert, Simetrii sparte și a particulelor lipsite de masă în Physical Review Letters, voi. 12, 1964, p. 713, DOI : 10.1103 / PhysRevLett.12.713 .

Elemente conexe

linkuri externe

(RO) efecte de efect și Meissner ca entanglement macroscopice în masă , pe arxiv.org.
Tot ceea ce ai vrut să știi despre bosonul Higgs pe scienzapertutti.lnf.infn.it (depusă de către „URL - ul original 20 martie 2013).
Bosonul Higgs , pe scienzapertutti.lnf.infn.it.
(EN) Un model Generalizat Higgs , pe arXiv.org.
(RO) globale de conservare Legile și lipsite de masă Particule pe prola.aps.org.
(RO) un popular „cvasi-politică“ explicație a bosonului Higgs , pe hep.ucl.ac.uk.
(RO) La CERN Courier, Steven Weinberg reflecta pe rupere spontană de simetrie , pe cerncourier.com.
(RO) Steven Weinberg Echipă Laude pentru bosonul Higgs Teoria pe pas.rochester.edu. Accesat 21 octombrie 2008 (depusă de „URL - ul original 16 aprilie 2008).
(RO) Physical Review Letters - A 50 -a aniversare Milestone Papers (du - te până la 1964)
[(RO) https://www.imperial.ac.uk/newsandeventspggrp/imperialcollege/newssummary/news_13-6-2008-12-42-20?newsid=38514 Imperial College din Londra pe PRL 50 -a aniversare Milestone Papers]
(RO) Physics World, Introducerea mici Higgs , de physicsworld.com.

Controlul autorității	GND (DE) 4474162-5

Portalul fizicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu fizica

[PDG-1] G. Bernardi, M. Carena, și T. Junk: "bosoni Higgs: teorie și căutări", Review - uri de particule Grupa de date: particule ipotetice și concepte, 2007, http://pdg.lbl.gov/2008/reviews/ higgs_s055.pdf

[2] Peter W. Higgs, Simetrii sparte și masele de bosoni gauge , în Physical Review Letters, voi. 13, 1964, pp. 508-509, DOI : 10.1103 / PhysRevLett.13.508 .

[3] F. Englert și R. Brout, Fragmentat Simetria și masa de ecartament mezoni Vector , în Physical Review Letters, voi. 13, 1964, pp. 321-323, DOI : 10.1103 / PhysRevLett.13.321 .

[4] GS Guralnik, CR Hagen, și TWB Kibble, globale de conservare Legile și lipsite de masă Particule în Physical Review Letters, voi. 13, 1964, pp. 585-587, DOI : 10.1103 / PhysRevLett.13.585 .

[5] Gerald S. Guralnik, The History of the Guralnik, Hagen and Kibble development of theory of spontaneous symmetry Breaking and Gauge Particles , în International Journal of Modern Physics , A24, 2009, pp. 2601-2627, DOI : 10.1142 / S0217751X09045431 .

[6] Physical Review Letters - A 50 -a aniversare Milestone Papers

[7] Y Nambu, cvasiparticulelor și Gauge invarianța în Teoria Supraconductibilitatea , în Physical Review, vol. 117, 1960, pp. 648-663, DOI : 10.1103 / PhysRev.117.648 .

[8] Stueckelberg, Helvetica Physica Acta Vol.11, 1938, p.299, 312

[9] (EN) experimente CERN observă particule în concordanță cu căutat lung bosonul Higgs , pe press.web.cern.ch. Adus pe 4 iulie 2012 .

[10] Propunere M. Taoso în [1] .

[1]

[2]

[3]

[4]

[ 5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]