¿Los electrones también ganan masa al interactuar con el campo EM o toda su masa proviene de la interacción con el campo de Higgs?

(Este es un comentario bastante más largo, así que lo publiqué aquí como respuesta, asumiendo que ayudaría).

El campo EM contribuye a la masa de inercia observada de los cuerpos que se componen de 2 o más partes cargadas, debido al efecto de la fuerza propia (una parte ejerce fuerza sobre la otra cada vez que el cuerpo acelera, y estas fuerzas se retrasan, lo que hace que se comporte como si tuviera más masa). Este aumento de masa se denomina masa electromagnética.

No se sabe cuánto de la masa del electrón es masa electromagnética. En los primeros días de la teoría del electrón (antes de que se aceptara la relatividad especial), existía la hipótesis de que la masa total del electrón era electromagnética, pero esto no funcionó (el electrón tendría que ser mucho más grande de lo que se observa y no hubo otros problemas con los modelos de electrones compuestos). Además, la relatividad especial mató la motivación inicial de la "explicación electromagnética" de la masa, ya que cualquier energía, no solo la electromagnética, implicaría un aumento de la masa inercial. Por lo tanto, si los componentes electrónicos interactúan a través de fuerzas diferentes a las fuerzas EM (que probablemente tengan que hacerlo para mantener el tamaño del electrón con límites microscópicos), también habría un aumento/disminución de la masa debido a esas fuerzas.

El estado del conocimiento es tal que una parte de la masa observada de protones y neutrones es electromagnética y lo mismo podría ser, en principio, cierto también para los electrones. Esta contribución podría estimarse a partir del tamaño de la distribución de carga de los electrones en el espacio, pero hasta ahora, en los experimentos, el electrón se comporta como si fuera más pequeño que algo así como 10e-18 m, que es 1000 veces más pequeño que el radio clásico del electrón.

Si el electrón es compuesto, esto implicaría que la masa EM del electrón es 1000x la masa observada del electrón o incluso más, por lo que tendría que haber otro mecanismo que disminuya la masa para llegar al valor observado.

Si el electrón es puntual, la visión pragmática habitual es que la masa es una característica independiente del electrón, que no está conectada a su carga de ninguna manera.

UNA RESPUESTA

Los fotones o las ondas EM no interactúan con el campo EM; son campo EM. Se puede pensar que el campo EM tiene una masa si está unido a un cuerpo y contribuye a su masa de inercia. Por ejemplo, el campo electromagnético ligado de la bola cargada significa que existe el efecto de masa electromagnético descrito anteriormente y esto influye en la masa de inercia observada.

Pero si el campo EM no está ligado al cuerpo, como en el caso de las ondas EM (o fotones), no se considera parte del cuerpo y, por lo tanto, no tiene influencia en su masa.

Este es un punto bastante confuso y no estoy seguro si tiene una buena explicación a nivel popsci.

En la teoría de la perturbación, es un hecho que si el electrón no tiene masa sin el campo electromagnético, al encender el campo electromagnético lo deja sin masa. Esto se debe a que un electrón sin masa tiene simetría quiral, y esta simetría impide que surja un término de masa.

Si, en cambio, tiene un electrón masivo, donde la masa la proporciona el mecanismo de Higgs, el electrón ya no tiene simetría quiral y puede tomar masa del campo electromagnético. Recoge mucha masa, de hecho ingenuamente una cantidad infinita .

De manera similar, en la teoría de la perturbación, el fotón debe permanecer exactamente sin masa por invariancia de calibre. Pero si empezaste con una partícula que era superficialmente como un fotón, pero que tenía una masa finita, entonces de hecho no hay nada que impida que adquiera mucha masa, por ejemplo, del campo de electrones y del campo electromagnético.

¿Por qué hay una discontinuidad aquí? No estoy seguro si hay una explicación intuitiva. Aquí hay una conjetura que podría ser totalmente inválida. La imagen es que el electrón lleva consigo cierta excitación del campo electromagnético a medida que se mueve, y esta excitación debe tener energía positiva. Entonces, si vamos al marco de reposo del electrón, esta energía contribuye a la masa del electrón por$E = mc^2$.

Pero supongamos ahora que el electrón no tiene masa. Entonces debe estar moviéndose a la velocidad de la luz, y es imposible entrar en su marco de reposo. Puedes intentarlo, acelerando para tratar de alcanzarlo, pero a medida que aceleras más y más, la energía en el campo electromagnético se desplazará hacia el rojo . ¡Si sigues acelerando para siempre, desaparecerá por completo! Entonces la contribución a la masa en reposo es cero.

Considere esto como un comentario largo, también.

Los electrones y los fotones forman parte del modelo estándar de partículas elementales, es decir, partículas puntuales no compuestas. Tienen una masa invariante fija (la longitud del vector cuatro de la relatividad especial), como se ve en la tabla. El modelo estándar encapsula todos los datos adquiridos en los experimentos de física de partículas, y usándolo se pueden calcular y predecir las interacciones esperadas, como demostró el éxito del descubrimiento de la partícula de Higgs.

Pensé que la única razón por la que los electrones tenían masa era porque interactuaban con el campo de Higgs,

Dentro del modelo estándar, que se basa en la teoría cuántica de campos, el mecanismo de Higgs da masa a las partículas en el momento de la ruptura de la simetría débil. En este modelo, todas las partículas de la tabla se describen con un campo que cubre todo el espacio-tiempo (x,y,z,t) y el valor esperado de vacío, VEV, de estos campos ** de estos campos, excepto el de Higgs campo,** es cero. El campo de Higgs tiene un VEV de 246 GeV que es parte del mecanismo que le dio masa a todas las partículas de la tabla, incluido el Higgs.

Es necesario enfatizar que el mecanismo de Higgs no es una interacción. La ruptura de simetría ocurrió una vez cuando la energía del universo cayó debido a la expansión en el punto débil de ruptura de simetría, y las partículas adquirieron una masa fija en ese punto. Como no es una interacción, no tiene sentido poner el mecanismo de Higgs y la interacción electromagnética en el mismo plano en lo que se refiere a la masa fija de partículas.

Las extensiones y los diferentes modelos pueden cambiar estas declaraciones, pero el modelo de flujo principal sigue siendo el modelo estándar.

A partir de la expresión de energía del modelo estándar del campo electromagnético y la estimación$r_e \leq 10^{-18}$m para el radio del electrón, definido como el radio dentro del cual se encuentra toda la carga, entonces la contribución electromagnética a la masa debe ser al menos$\Delta m_e = \frac{e^2}{4\pi\epsilon_0 r_e} \geq ~\sim 1.5 ~ GeV/c^2$. Para llegar a$m_e = 511 ~ keV/c^2$la contribución de Higgs debería ser negativa y casi cancelar la contribución electromagnética.