Как представить поле Хиггса просто и откуда всё-таки появляется масса тела?

Вы наверняка слышали, что масса появляется в веществе в результате взаимодействия с полем Хиггса. Не так давно все были счастливы обнаружить бозон, существование которого было подтверждено экспериментально.

Но что это за «волшебное поле»? И какое взаимодействие должно происходить?

Зачем нужно поле Хиггса?

Поле Хиггса — одно из полей Стандартной модели физики элементарных частиц. Здесь полезно начать с краткого исторического очерка.

Стандартная модель физики хорошо работает, особенно на ранних стадиях существования Вселенной, только если все частицы, включая электроны и кварки, имеют нулевую массу покоя. Очевидно, что это не так, так почему же это успешная теория?

Ибо, когда эта идея была сформулирована, был изобретен новый костыль, который (вот) поддерживал эту идею.

Даже если частица имеет нулевую массу покоя, если она движется через поле полной проницаемости, заполняющее все пространство, она будет вести себя так, как если бы у нее была масса покоя.

Природу этой местности описали Энглерт, Питер Хиггс и другие. Это должно быть очень простое поле. И это поле, которое, может быть, когда-то и было нулевым, но из-за нестабильности (подобно тщательно сбалансированному на точке объекту) быстро приобретает значение, из-за чего фотоны и многие другие объекты только перестают с ним взаимодействовать.

Космический вакуум на самом деле не пуст, а заполнен полем Хиггса. В ранней Вселенной поле было «выключено». А когда было включено поле Хиггса, частицы "набрали массу".

Что за такое "взаимодействие"?

Когда электрон движется через кристалл, он движется так, как если бы его «эффективная» масса отличалась от массы свободного электрона.

Понятие эффективной массы возникает при решении задачи механики, приводящей к перемещению массы частицы при ее распространении через конденсированную среду с учетом ее взаимодействия с окружающей средой.

Это явление хорошо известно в традиционной физике конденсированного состояния. Частицы, движущиеся в жидкости или твердом теле, ведут себя не как свободные частицы, поскольку они взаимодействуют с окружающей средой.

То же самое происходит, когда безмассовая частица проходит через поле Хиггса.

Еще одно сходство заключается в том, что когда свет проходит через материал, он замедляется (равен скорости света в вакууме, деленной на «показатель преломления»).

Это явление, при котором поле Хиггса придает безмассовым частицам кажущуюся массу, называется механизмом Хиггса.

Нарушает ли это теорию относительности? Нет, частица ускоряется точно так же, как и без поля Хиггса и с массой.

Зачем искали бозон?

В квантовой теории любое поле может быть локализовано внутри частицы. Именно поэтому физики искали и открыли бозон Хиггса.

Эффективная масса каждой частицы пропорциональна силе ее взаимодействия с полем Хиггса. Одно из предсказаний заключалось в том, что бозон Хиггса будет взаимодействовать (столкнуться) с другими частицами и что амплитуда этого взаимодействия будет пропорциональна массе этой частицы. И речь идет о характере взаимодействия, о темном лесу в целом.

Но что это за поле? Здесь все сложнее. А пока давайте посмотрим на этот момент.

Что это за поля такие?

Поле само по себе является фундаментальным строительным блоком природы. Они повсеместно распространены и являются частью определения теории. Например, температура – ​​это тоже поле. Температура всегда имеет какое-то значение в каждой точке пространства и в каждый момент времени.

Температура не является фундаментальным полем, но такие поля, как фотонное поле, которое порождает электрические и магнитные поля, являются фундаментальными полями в природе.

В общем, определение поля Хиггса не так просто:

Поле Хиггса — это поле, которое вызывает спонтанное нарушение симметрии электрослабых взаимодействий из-за нарушения симметрии в вакууме.

Язык невероятно сложен. Теперь давайте как-нибудь упростим это.

Поле Хиггса — это разновидность материи.

Обратите внимание: MIT: ядерная энергия является неотъемлемой частью будущего энергетики с низким содержанием углерода.

Каждое поле имеет свою математическую модель. Согласно модели поля Хиггса, состояние в каждой точке описывается как мексиканская шляпа. Каково происхождение слова симметрия?

На основании рассчитанных значений мы предполагаем, что объект поля Хиггса расположен на вершине своеобразной мексиканской шляпы. Поскольку он находится в центре, положение симметричное. Вероятность равна нулю. Но согласно другому физическому подходу, объекты стремятся занять состояния с наименьшей потенциальной энергией.

Самая низкая энергия находится не на пике, а где-то в углублении шляпы. Объект устремляется в него, меняя свое расчетное идеальное состояние на принцип минимума потенциальной энергии.

Этот объект — частица Хиггса. Это смещение является нарушением симметрии. Это нарушение симметрии делает поле «активным». Все взаимодействия с частицами материи происходят благодаря тому, что поле изначально не равно нулю!

Что интересно в поле Хиггса, так это то, что его минимальная энергетическая конфигурация такова, что величина поля не равна нулю.

Это похоже на то, как электрическое поле имеет какое-то значение, когда вокруг него ничего нет. Самого заряда, вокруг которого формируется поле, нет. И это поле влияет на объект.

Самый простой вывод из всего этого: Изначально для успеха стандартной модели все объекты должны иметь нулевую массу, иначе логика модели будет ошибочной. Считалось, что существует особое поле (поле Хиггса), в котором масса появляется буквально по нажатию кнопки".

Это поле существует так же, как, например, поле температуры. Это обоснование (подтвержденное открытием Борсона). Но в отличие от других полей, поле Хиггса может иметь ненулевой потенциал даже тогда, когда вокруг него нет объектов. Поля могут взаимодействовать с материей, и материя проявляется в виде массы. В этом случае утверждение масса = энергия становится более понятным.

Как обычно, мы пришли к интересному выводу. Никто толком не понимает, что такое поле Хиггса с физической точки зрения.

Однако я веду интересный Telegram-канал, где анализирую особенности физики. Я уверен, что каждому, кто прочитает эту статью, будет интересно!

Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.

Источник статьи: Как представить поле Хиггса просто и откуда всё-таки появляется масса тела?.