¿Cuál es la diferencia entre la partícula del bosón de Higgs y un electrón que se mueve a través del campo de Higgs?

Sí, un electrón es solo una onda, como dices, en el campo de electrones, como lo es para cualquier partícula. También puede interpretar en un sentido amplio que un campo debe ser perturbado en un punto particular del espacio-tiempo para que tenga una probabilidad distinta de cero de medirlo en ese punto, aunque esta imagen simple se ve complicada por los fenómenos cuánticos.

La energía de una partícula en descomposición no solo puede sino que debe terminar en alguna parte. ¡Esto es conservación de la energía! El mecanismo no es desconocido, son las posibles interacciones (léase como fuerzas) entre campos, aunque no todos se entienden claramente en su dinámica.

La idea de la colisión de partículas de bolas de billar no es realmente la mejor a tener en cuenta al considerar QFT. El electrón, que en realidad es una onda/excitación en un campo, que viaja en el espacio-tiempo en presencia del campo de Higgs no necesita “chocar”, en una visión clásica, con una partícula de Higgs para interactuar. Tenga en cuenta que estas excitaciones de campo no están exactamente localizadas, como tampoco lo está una onda. Lo que sucede es que el campo de electrones interactúa con el campo de Higgs y visto desde la dinámica del campo de electrones corresponde a que tenga una masa. La analogía más cercana que se me ocurre, que es bastante mala: no le des demasiado peso intelectual, es la de una bala atravesando el agua que adquiere un comportamiento dinámico diferente al interactuar con los medios que la rodean, pero eso es todo. .

Tu pregunta sobre la diferencia entre una partícula de Higgs y otra, es como preguntar cuál es la diferencia entre el sonido y la luz. No son excitaciones del mismo medio.

Lamentablemente, no conozco ninguna analogía buena y simple para el mecanismo de Higgs. Lo más parecido, que no es simple pero sí muy parecido conceptualmente hablando, son los electrones en el cristal que tienen una masa efectiva diferente debido a su interacción con la red cristalina. Sin usar teorías de campo efectivas, puede modelar funciones de onda de electrones que se mueven en la red cristalina usando mecánica cuántica estándar. A partir de ahí, estudias su relación de dispersión que es, en esencia, la ecuación que relaciona la energía y el momento. La relación de dispersión, en algunos casos, tomará la forma funcional de una onda libre de la que se puede inferir una masa efectiva. Puede interpretar eso como que la interacción con la red modifica la masa del electrón libre.

El campo de Higgs es en realidad dos campos escalares complejos (espín 0), por lo que hay dos excitaciones de partículas y dos de antipartículas (cuantos). El par de campos se transforma como un doblete electrodébil, lo que esencialmente significa que los cuantos del campo de Higgs interactúan con los cuantos del campo de norma electrodébil (bosones W y B).

Además, el campo de Higgs tiene una energía potencial peculiar, de modo que el estado de energía más bajo del campo es un estado en el que el "vacío" se "llena" con cuantos de campo de Higgs. En tal estado fundamental, el campo de Higgs se ha condensado .

En efecto, el 'vacío' se convierte en un superconductor electrodébil. Y, de manera análoga a los fotones que tienen una masa efectiva dentro de un superconductor eléctrico , los bosones electrodébiles tienen una masa efectiva dentro del condensado de Higgs.

Sin embargo, hay una combinación particular (mezcla) de los$W^0$y$B$bosones que pueden propagarse libremente en este condensado y esta mezcla es el fotón físico.

El$W^+, W^-$, y una mezcla complementaria de los$W^0$y$B$bosones, los$Z^0$, no puede propagarse libremente y por lo tanto tener una masa efectiva.

Los campos de materia también se acoplan al campo de Higgs a través de una interacción de Yukawa que, en el condensado de Higgs, también le da a los cuantos de campo de materia una masa efectiva.

Finalmente, el bosón de Higgs es el cuanto del grado de libertad restante del campo de Higgs (los otros tres son ocupados por los tres bosones electrodébiles masivos). El bosón de Higgs sería masivo incluso en ausencia de un condensado de Higgs .

En resumen,

• Los bosones electrodébiles se vuelven masivos en el condensado de Higgs con carga electrodébil de una manera análoga a como el fotón se vuelve masivo en un superconductor.
• Las partículas de materia, los fermiones, se vuelven masivos en el condensado debido a una interacción de Yukawa.
• El bosón de Higgs sería masivo a pesar de todo.

Me gustaría agregar algunas cosas a su pregunta "¿por qué el electrón que pasa a través del campo de Higgs es diferente del bosón de Higgs" que las respuestas anteriores no cubrieron?

1. el electrón es una excitación del campo EM, que existe en todas partes en el espacio, así es como el electrón puede propagarse, ya que se propaga como una excitación en el campo EM.

2. el electrón es un leptón y debe obedecer el principio de exclusión de Pauli, pero el bozón de Higgs es un bozón y no obedece el principio de exclusión de Pauli. ¿Por qué es importante? Debido a que el número de bozon de Higgs no debe ser conservador, podemos poner un número infinito de bozones de Higgs en cualquier punto del espacio (al igual que podemos poner un número infinito de fotones en cualquier punto del espacio). Pero muy simplificado, solo un electrón puede ocupar el mismo estado cuántico dentro de un sistema cuántico simultáneamente.

3. Entonces podemos crear un 'mar' de bozones de Higgs como un 'mar' de fotones. Ese 'mar' podría entonces estar infinitamente (ya que no obedecen a la exclusión de Pauli pr.) Lleno de bozones de Higgs. ¿Tiene una 'densidad de bozón de higgs' (no importa, porque no obedecen a la exclusión de Pauli pr.)? Pero la 'densidad' será el valor mínimo del campo en cada punto. El campo de higgs es como un sombrero mexicano. Su valor más bajo no está en el medio, pero en cada posición individual en el campo, tomará su valor de expectativa de vacío más bajo. ¿Por qué es eso importante? Porque de esta manera este campo de Higgs tendrá energía por defecto (sin excitación). Es por eso que difiere de todos los demás campos (excepto el campo de gravedad, pero el gravitón aún no está confirmado, pero ese campo debe tomar un valor vectorial en todas partes también,

4. Entonces, el campo de Higgs toma un valor escalar mínimo en cada punto, y eso será igual a la masa que le da a las partículas con las que se acopla.

5. Entonces, el electrón en su pregunta se acopla (el campo EM se acopla) con el campo de Higgs, por lo que el campo EM toma la energía del campo de Higgs y la 'da' a su propia excitación, el electrón. Esa energía es un escalar y será la masa en reposo del electrón.

6. ¿Cómo afecta esto al electrón? Disminuirá la velocidad en las dimensiones del espacio y se acelerará en la dimensión del tiempo.

7. ¿En qué se diferencia esto del bozón de Higgs? Bueno, en este contexto, el bozón de Higgs se ve afectado de manera similar. Obtiene masa en reposo del campo de Higgs.

8. El bozón de Higgs es la excitación del campo de Higgs, al igual que el electrón es una excitación del campo EM.

9. La pregunta correcta es, ¿cómo en QM gana el electrón la masa en reposo del campo de Higgs? ¿Lo hace chocando con el 'mar' de los bozones de Higgs y, por lo tanto, disminuyendo la velocidad? No. Obtiene su masa en reposo del carácter único de los campos de Higgs que tiene un valor de expectativa de vacío escalar mínimo distinto de cero (que será la masa del electrón 'que pasa') en cada punto, incluso si el Higgs -el campo no está excitado. Este valor es energía, el campo de Higgs es como un campo cargado por defecto. Cuando el electrón (que es la excitación del campo EM) pasa a través del campo de Higgs, se acopla con él y toma su energía, convirtiéndola en masa en reposo.

Entonces, para responder a su pregunta, el electrón no gana su masa en reposo al chocar con los bozones de Higgs. los Bozones de Higgs son la excitación del propio campo de Higgs. Cuando el bozón de Higgs llega a existir (el campo de Higgs está excitado), el bozón de Higgs gana su masa en reposo de la misma manera que el electrón, al obtener el vev, la energía predeterminada del campo de Higgs convertida en su masa en reposo.

Otra pregunta interesante sería, el fotón. ¿Por qué no se acopla (ya que es una excitación del campo EM, como el electrón) con el campo de Higgs? La respuesta es porque el fotón es una combinación de los bozones W y Z de manera que cancelan este efecto de masa en reposo. Es por eso que se prueba la teoría electrodébil, y el fotón y los bozones W y Z son algo parecidos, en nuestros niveles de energía más bajos se combinan, y 3 de esas combinaciones no cancelan el mecanismo de Higgs, por lo que el W y los bozones Z ganan masa en reposo. Pero el fotón no lo hace porque es una combinación que cancela ese efecto. El gluón por otro lado no se acopla con el campo de Higgs, y no tengo información de por qué, sería interesante saberlo.

Para justificar dar masa a una posible partícula sin masa, los científicos se vieron obligados a hacer algo fuera de lo común. Asumieron que el vacío (espacio vacío) en realidad tenía energía, y de esa manera, si una partícula que pensamos que no tiene masa entrara en él, la energía del vacío se transferiría a esa partícula, dándole masa. Un matemático llamado Jeffrey Goldstone demostró que si violas una simetría (por ejemplo, una simetría con un cubo de Rubik sería si afirmas que las esquinas siempre deben rotarse 0 o 3 veces para que sea solucionable (funciona)), una reacción ocurrira. En el caso del cubo de Rubik, el cubo se volverá irresoluble si se viola. En el caso del campo de Higgs, se produce algo que lleva el nombre de Jeffrey (y otro científico que trabajó con él llamado Yoichiro Nambu), un bosón de Nambu-Goldstone. Wikipedia

Si vamos a hablar de la imagen clásica del campo de Higgs, debemos suponer que las partículas son como bolas, con unas dimensiones dadas. Debes olvidar la explicación cuántica de las partículas de que son excitaciones de un campo. En eso mismo debemos pensar en el clásico campo de Higgs que es una especie de líquido que llena el espacio vacío (también conocido como vacío).

La masa en sí no es generada por el campo de Higgs; la creación de materia o energía entraría en conflicto con las leyes de conservación. Sin embargo, la masa se "imparte" a las partículas del campo de Higgs, que contiene la masa relativa en forma de energía. Una vez que el campo ha dotado a una partícula que anteriormente no tenía masa, la partícula se ralentiza porque se ha vuelto más pesada.

Todavía no hemos entendido completamente la imagen clásica del campo de Higgs. Esto se debe al hecho de que aún no tenemos una solución de las ecuaciones de Navier Stokes sobre el campo de Higgs.