¿Cómo se excita el campo de Higgs para dar un bosón de Higgs?

La palabra "excitación" abarca el concepto de cuantización de un campo.

La primera excitación de un campo es un cuanto (unidad) del campo. La segunda excitación de un campo son dos cuantos (unidades) del campo. Es válido para el campo electromagnético, débil, de interacción fuerte y posiblemente también para el campo gravitacional (todavía falta una teoría consistente de este último). Es el concepto de hacer compatible un campo continuo a priori con sus cuantos realmente discontinuos.

La primera excitación de un campo es el campo distinto de cero más pequeño (pero hay excepciones, vengo a eso más adelante) que puede existir de acuerdo con la teoría cuántica de campos. Sin embargo, un campo fuerte consiste en una miríada de sus cuantos. Es este extraño comportamiento de la naturaleza que un campo, por ejemplo un campo electromagnético, cuando se dispersa por ejemplo en una rendija o incluso en una doble rendija se comporta como una onda y cuando incide en el detector detrás de la rendija se registra como una serie de cuantos. El fotón es la unidad más pequeña de un campo electromagnético. No se puede dividir en dos partes para crear una unidad aún más pequeña del campo electromagnético. Desde el punto de vista de un campo continuo clásico esto no se puede entender, sin embargo, así es como realmente se comporta la naturaleza, tiene propiedades cuánticas. Sin embargo, la naturaleza cuántica no siempre es perceptible. Porque un cuanto, aunque sea uno solo, puede tener diferentes energías. Entonces, un campo que cambia lentamente consistirá en cuantos de baja energía, mientras que un campo que cambia rápidamente consiste en cuantos de alta energía. Sin embargo, la detección de cuantos únicos de baja energía es muy difícil, por lo que el comportamiento general de dicho sistema se observará como un campo continuo. Sin embargo, los cuantos de alta energía se pueden detectar como una serie de cuantos únicos, porque el cambio de energía en el detector es lo suficientemente grande como para ser detectable.

Ahora pasemos al famoso bosón de Higgs. El concepto se aplica exactamente de la misma manera, un bosón de Higgs es la primera excitación del campo de Higgs, dos bosones de Higgs son la segunda excitación del campo de Higgs y así sucesivamente. Un campo de Higgs dinámico "fuerte" (cambiante en el tiempo) consiste en una miríada de bosones de Higgs. Tiene, sin embargo, una propiedad que lo distingue de otros campos cuánticos.

Mientras que en la mayoría de los campos (por ejemplo, el campo electromagnético/fotónico) si no hay cuantos, el valor del campo es cero. Por ejemplo, si no hay fotones, no hay campo electromagnético. Su valor de campo es cero, es decir, la intensidad del campo eléctrico y magnético es cero. Esto no es cierto para el campo de Higgs. En el espacio puede que no haya ningún bosón de Higgs, pero el campo de Higgs es distinto de cero. Este campo distinto de cero no está cuantificado. No se puede considerar como una miríada de bosones de Higgs. Esto es lo que significa que el valor esperado de vacío del campo de Higgs es distinto de cero. No puede ser "amortiguado". Siempre está ahí. Los cuantos de Higgs se desintegran, desaparecen, pero el campo de Higgs sin ningún cuanto de Higgs persiste.

Parte de la pregunta es "¿Cómo conseguimos una excitación?". En todas partes donde hay una interacción. Uno de los casos más simples es la bombilla. Las altas temperaturas hacen que los electrones en el cable alcancen niveles de energía más altos desde los cuales regresan a sus niveles de energía originales por la emisión de luz, o dicho de otro modo, por la emisión de fotones, cuantos de luz. Es una interacción de los electrones con el campo electromagnético. Los fotones no tienen masa, por lo que no hay un umbral de energía necesario para crearlos, la interacción puede ser muy débil.

Para Higgs-quanta, se necesitan al menos 125 GeV para producirlos, ya que tienen una gran masa. Entonces, las partículas con suficiente energía deben romperse para crearlas.

El modelo estándar de la física de partículas es un modelo teórico de campo cuántico y el bosón de Higgs es una de las partículas elementales postuladas axiomáticamente en este modelo, incluso antes de que se encontrara experimentalmente.

La teoría cuántica de campos es una herramienta matemática ideada para poder calcular interacciones de partículas en mecánica cuántica, cuando aparecen problemas complejos de dispersión, y los diagramas de Feynman utilizados para calcular decaimientos y secciones transversales se basan en QFT.

En esta teoría, se supone que todas las partículas elementales de la tabla tienen un campo definido matemáticamente en todo el espacio-tiempo, un campo de electrones, un campo de neutrinos, un campo de quarks específico, etc. Es como un éter invariante de Lorenz en el que ocurren las interacciones. . Los campos se definen como la solución de onda plana de la ecuación mecánica cuántica correspondiente, Dirac, o Klein Gordon, o Maxwell cuantizado dependiendo de la partícula. Operadores de creación y aniquilación que actúan sobre estos campos, propagan las partículas y permiten escribir los diagramas de Feynman para calcular las interacciones.

¿Cómo se excita el campo de Higgs para dar un bosón de Higgs?

Por un operador de creación, de la misma manera que el campo de electrones se excita para dar un electrón. Es un formalismo matemático específico que uno tiene que estudiar para entender realmente. Si la energía disponible para una interacción está por debajo de la masa de la partícula, se tiene la creación de partículas virtuales .