20 votos

¿Por qué no los fotones interactúan con el campo de Higgs?

¿Por qué no los fotones interactúan con el campo de Higgs, y por lo tanto permanecen sin masa?

14voto

Nick Puntos 583

Masa del fotón

Los fotones interactúan con el "doblete de Higgs", pero no interactúan con el "ordinario" el componente del campo de Higgs, cuya excitaciones son los bosones de Higgs.

La razón es que la partícula de Higgs, vacío expectativa de valor es distinto de cero sólo para el componente de campo de Higgs, cuya carga eléctrica total, $Q=Y+T_3$ donde $Y$ es el hypercharge y $T_3$ $z$- componente de la $SU(2)_w$ isospin débil calibre grupo, es igual a cero, es decir, para$Y=\pm 1/2$$T_3=\mp 1/2$. Es por eso que el coeficiente de la $(h+v) A_\mu A^\mu$ término es cero.

En otras palabras, el vacío de condensado de campo de Higgs, que llena el espacio es acusado, en virtud de los débiles, de los cargos, incluido el hypercharges y los débiles $SU(2)$ de carga, pero exactamente en virtud de la correcta combinación de estos cargos, la carga eléctrica, el condensado es neutral. Sería "malo" si el vacío llevado a un valor distinto de cero carga eléctrica. No.

Por lo que el $A_\mu A^\mu$ interacción, cuyo coeficiente es proporcional a la carga eléctrica del campo de Higgs, no existe. El fotón permanece sin masa y la interacción electromagnética sigue siendo una fuerza de largo alcance, cayendo como una ley de potencia en largas distancias (en lugar de la disminución exponencial de corto alcance de sus fuerzas: W-bosones Z y bosones interactúan con la partícula de Higgs, condensado y se vuelven masivos y sus fuerzas de obtener de corto alcance).

La ÓPEAR anomalía

El OP pregunta tenía dos partes, pero en esta segunda parte se ha eliminado. Pero no voy a borrar la respuesta, porque los votos y otras cosas ya han reaccionado a esta parte como bien etc.

Sí, la anomalía de la ÓPEAR de neutrinos de medición de la velocidad ha sido resuelto. En primer lugar, ÍCARO, el uso de los directores en la misma cueva, se mide la velocidad como bien y conseguimos $v=c$ dentro del margen de error (el mismo margen de error como el de la ÓPEAR).

http://motls.blogspot.com/2012/03/icarus-neutrino-speed-discrepancy-is-0.html

Segundo, hace un par de meses, la ÓPEAR se enteraron de que había un vagamente conectados a la fibra óptica de cable a un equipo de la tarjeta. El uso de algunas de datos independiente de la ÓPEAR grabada, fue posible determinar que el cable de error (además de otra fuente de error cuyo valor medio es mucho menor) se cambia el tiempo por $73\pm 9$ nanosegundos en la dirección correcta (es la dirección correcta, porque el problema de cable, se ha demorado más antiguos de neutrinos libre de las mediciones de la época, pero fue corregido una vez que los neutrinos se está midiendo), ver

http://motls.blogspot.com/2012/03/opera-experiment-spokesman-resigned.html
http://agenda.infn.it/getFile.py/access?resId=2&materialId=slides&confId=4896

así que cuando el error es corregido, los "neutrinos por $60\pm 10$ nanosegundos demasiado rápido" se convierten en "los neutrinos próximos $13\pm 15$ nanosegundos después de la luz", que es consistente con $v=c$. Tenga en cuenta que la relatividad con la luz pero la masiva neutrinos predice $c-v\sim 10^{-20} c$ de estos neutrinos, experimentalmente indistinguible de la $v=c$.

El portavoz del experimento y la física de los coordinadores ya han dimitido; el portavoz renunció primero: antes de que otro no-voto de confianza, pero después de un poco de preparación votos para el no-voto de confianza. Parece que ellos han conocido el error desde el 8 de diciembre de 2011, pero que se esconde durante un par de meses (que se filtró a Noticias de la Ciencia por alguien más que en febrero) y que querían hacer experimentos adicionales meses, incluso en Mayo de 2012, a pesar de que el error ha sido conocido para eliminar la anomalía por bastante tiempo. Ellos, al parecer, disfrutamos de la injustificada fama.

8voto

Linor Puntos 642

La masa del fotón:

La masa cero es no debido a un especial valor de la Weinberg ángulo, el ángulo que determina la masa de los otros tres bosones $W^+$, $W^-$ y $Z$ La masa es cero, porque el vacío de la expectativa de valor de campo de Higgs doblete es un único valor en lugar de dos valorados. Esto significa que, en principio, puede ser siempre expresa.

$\langle \phi \rangle ~=~ \left(\begin{array}{c} 0 \\ v \end{array}\right)$

Es el 0 aquí que sale de una de las cuatro bosones sin masa. Solo para mostrar un poco de las matemáticas:

El medidor de transformar el campo de Higgs se define con $\beta$ correspondiente a un Abelian campo y el tres $\alpha$ correspondiente a los No Abelian campos.

$\phi \longrightarrow ~~\exp \,\frac{i}{2}\left\{\beta \left(\begin{array}{cc} 1 & 0\\ 0 & 1 \end{array}\right) + \alpha^1\left(\begin{array}{cc} 0 & 1\\ 1 & 0 \end{array}\right) + \alpha^2\left(\begin{array}{cc} 0 & \!-\!i\\ i & 0 \end{array}\right) + \alpha^3\left(\begin{array}{cc} 1 & 0\\ 0 & \!-\!1 \end{array}\right) \right\}~\phi$

El $\beta$ corresponde a la hypercharge Y (ver también Luboš Motl del post) y $\alpha^1$, $\alpha^2$ y $\alpha^3$ corresponden a los tres componentes de la iso-spin T. Ahora la combinación de $\beta=\alpha^3$ resultados en la matriz.

$\left(\begin{array}{cc} 1 & 0\\ 0 & 1 \end{array}\right) + \left(\begin{array}{cc} 1 & 0\\ 0 & \!-\!1 \end{array}\right) = \left(\begin{array}{cc} 1 & 0\\ 0 & 0 \end{array}\right)$

Así es esta combinación la que no interactúan con el vacío de la expectativa de valor,

$\left(\begin{array}{cc} 1 & 0\\ 0 & 0 \end{array}\right)\left(\begin{array}{c} 0 \\ v \end{array}\right)\equiv\left(\begin{array}{c} 0 \\ 0 \end{array}\right)$

y es esta combinación la que representa la masa del fotón.

Hans.

6voto

Markc Puntos 580

Hay un aspecto de esta pregunta que nadie parece haber abordado y que es, a pesar de la partícula de higgs (la "radial" componente del campo) es neutral, y por lo tanto no interactuar con los fotones en el 'árbol' todavía vemos la desintegración $h \rightarrow \gamma \gamma$. Esto es debido a que, a grandes rasgos, por los efectos cuánticos de un higgs fluctuará en una partícula/ antipartícula par (electrones, quarks, etc) que pueden producir fotones. Así, mientras que el higgs no estrictamente interactuar con los fotones, a bajas energías que podemos parametrizar una baja energía de interacción efectiva donde el higgs hace interactuar con los fotones. Este es el diagrama de la expresada en los diagramas de Feynman: higgs to gamma gamma

que me han prestado de http://resonaances.blogspot.com/2012/07/h-day-3-how-to-pump-up-higgs-to-gamma.html.

1voto

user15749 Puntos 201

Primero de todo, los fotones se observó a ser masa, y el $W^\pm$ $Z$ se observa que tienen masa. Así que tenemos que construir un modelo que está de acuerdo con esto.

Matemáticamente (en un no-riguroso, pero el nivel intuitivo), el $SU(2)_W\times U(1)_Y$ electrodébil medidor de simetría es una de las 4 dimensiones de la Mentira de grupo ($=U(2)$). Dado los hechos experimentales, queremos encontrar una representación en virtud de que la órbita de la no-cero vev bajo esta Mentira acción del grupo es de 3 dimensiones, por lo que las 3 dimensiones de la órbita contribuye a la longitudinal de los componentes de $W^\pm, Z$ (3 de ellos); ya que el original Mentira grupo es de 4 dimensiones, por lo que no es de 1-dimensión que actúa trivialmente en el vev, que es el fotón. Lo que la representación satisface esta? La opción más sencilla es de 2 componentes complejos vectores (es decir, doblete) transformar en $U(2)$ matrices. La órbita de $U(2)$ que actúa sobre un no-cero complejo doblete es $S^3$, dejando una dimensión en la $U(2)$ actuando trivialmente. (Esto puede atribuirse al hecho de que al conocer a dos componentes de los vectores $v, u$$U v= u$, no únicamente determinan $U$.) Por otro lado, un complejo doblete toma valor en un $\mathbb{R}^4$; $\mathbb{R}^4$ mod de la $S^3$ órbitas de salir de una dimensión que es la partícula de higgs.

Así que la idea es que, dada la simetría del grupo y de la representación:

$$dim(\mbox{symmetry group})-dim(\mbox{orbit of action})=dim(\mbox{residual symmetry})$$ $$dim(\mbox{rep space})-dim(\mbox{orbit of action})=dim(\mbox{physical degrees of freedom})$$ (La dimensión de la órbita de acción en el mundial de simetría es el número de masa bosones de Goldstone; en el medidor de simetría longitudinal componentes de enorme calibre campos. Si la simetría es global, la física "grados de libertad" se sustituye por "enormes cantidades de partículas".)

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