Suponga que restablece los parámetros del modelo estándar para que el valor promedio del campo de Higgs sea cero en el vacío, ¿qué sucedería con la materia estándar?
Si los fermiones fundamentales pasan de una masa en reposo finita a cero, estoy bastante seguro de que los electrones volarían lejos de los núcleos a la velocidad de la luz, dejando núcleos cargados positivamente tratando de alejarse unos de otros. Mirando la solución para el átomo de hidrógeno, no veo cómo sería posible tener átomos con cero electrones de masa en reposo.
¿Qué sucede con los protones y los neutrones? Dado que solo una parte muy pequeña de la masa de protones y neutrones es el resto de la masa de los quarks, y dado que ya están volando a velocidades relativistas, y dado que la fuerza nuclear es mucho más fuerte que la fuerza eléctrica con un increíble aversión al color desnudo, ¿permanecerían los protones y los neutrones como ensamblajes unidos de quarks y gluones virtuales? Serian un poco mas grandes? ¿Un poco menos masivo?
¿Qué pasaría con los núcleos? ¿Seguirían juntos? Si los protones y los neutrones se mantienen unidos y sus propiedades cambian solo un poco, entonces podría esperar lo mismo de los núcleos. Diferentes isótopos estables, diferentes tamaños y diferentes masas, pero esperaría que todavía hubiera núcleos.
También las partículas W y Z van a cero masa en reposo. ¿Qué le hace eso a las interacciones electrodébiles? ¿Afecta eso a la materia estable normal (fuera de los modos de desintegración nuclear)? ¿La fuerza débil ya no es débil? ¿Qué sucede con las fuerzas en general?
El análisis de la estructura de fase de las teorías de calibre es un campo completo. Algunos avances importantes fueron las condiciones de coincidencia de la anomalía de t'Hooft, las teorías de Banks-Zaks, la dualidad de Seiberg y la teoría de Seiberg Witten. Hay mucha controversia aquí, porque no tenemos datos de experimentos o simulaciones para la mayor parte del espacio, y hay mucho más desconocido que conocido.
Lo primero que hay que tener en cuenta es que cuando el valor esperado del vacío del campo de Higgs es cero, el Higgs no toca la física de baja energía. Puede ignorar el Higgs en escalas de energía más bajas que su masa, y si esta masa es mucho mayor que la masa del protón, el resultado es indistinguible cualitativamente del modelo estándar de Higgsless. Así que describiré el modelo estándar de Higgsless.
Incluso sin el Higgs, los condensados QCD rompen la simetría electrodébil. Cuando el VEV de Higgs es cero, la W y la Z no se vuelven completamente sin masa, aunque se vuelven mucho más ligeras.
La razón es que QCD tiene un vacío no trivial, donde los pares de quarks y antiquarks forman un fluido escalar q-qbar que rompe espontáneamente la simetría quiral de los campos de quarks. Este fenómeno es robusto a la cantidad de sabores de quarks ligeros, suponiendo que no haya tantos como para desconfinar QCD. QCD sigue siendo asintóticamente libre con 6 sabores, y debería limitarse incluso con 6 sabores de quarks. Así que no tengo reparos en asumir que el mecanismo de confinamiento todavía funciona con 6 sabores, y los 6 ahora son como el quark arriba y abajo. Asumir que la estructura de vacío cualitativa es análoga a QCD es plausible y consistente con las condiciones anómalas, pero si alguien dijera "no, la estructura de vacío de QCD con 6 quarks ligeros es radicalmente diferente de la estructura de vacío de QCD", no lo haría.
De todos modos, asumiendo que QCD con 6 quarks ligeros produce los mismos tipos de condensados que QCD con 3 quarks ligeros (en realidad 2 quarks ligeros y un quark extraño semiligero), el vacío se llenará con un fluido que rompe SU(6)xSU (6) rotaciones quirales de campos de quarks en el subgrupo diagonal SU(6). El SU(6) es exacto en las interacciones fuertes y términos de masa, solo se rompe por interacciones electrodébiles.
Las interacciones electrodébiles son completamente simétricas entre las 3 familias, por lo que existe un SU(3) completamente exacto e ininterrumpido en todos los órdenes. La ruptura SU(6)xSU(6) forma una colección de bosones de Goldstone sin masa, piones sin masa. El número de piones sin masa es el número de generadores de SU(6), que es 35. De estos, 8 son exactamente sin masa, mientras que el resto obtiene pequeñas masas de interacciones electrodébiles (pero 3 de los 27 restantes desaparecen en W y Z). por el mecanismo de Higgs, ver más abajo). Los 8 escalares sin masa dan fuerzas nucleares de largo alcance, que son una fuerza de atracción del cuadrado inverso entre los núcleos, además de la gravedad.
Los hadrones son todos casi exactamente simétricos bajo el isospín de sabor SU(6), y exactamente simétricos bajo el subgrupo SU(3). Todas las partículas que interactúan fuertemente caen en la representación de SU(6) ahora, y la ruptura de masa es por términos que se clasifican por la incrustación de SU(3) en SU(6) definida por la rotación de pares de coordenadas entre sí.
Los piones y los nucleones son estables, la estabilidad del pión está asegurada por no tener masa, la estabilidad del nucleón por la conservación aproximada del número bariónico. Al menos el multiplete SU(3) de energía más baja
El parámetro de orden condensado involucrado en la ruptura de la simetría quiral SU(6) de los quarks es por una lista indexada de los campos de quarks u,d,c,s,t,b. El parámetro de orden es como un término de masa para los quarks, y ya he diagonalizado este parámetro de orden para encontrar los estados de masa. Lo importante de este condensado es que el grupo calibre SU(2) actúa solo en la parte izquierda de los campos de quarks, y las partes izquierda y derecha tienen carga U(1) diferente. Entonces, el condensado rompe la simetría de calibre SU(2)xU(1).
La ruptura conserva un cierto subgrupo U(1) ininterrumpido, que se encuentra al actuar los generadores SU(2) y U(1). El campo de quarks de mano izquierda tiene carga 1/6 y forma un doblete, por lo que para la combinación donde I es el generador SU(2) e Y es el generador U(1), obtienes una transformación de 2/3 y 1/3 en el componente superior e inferior, que es exactamente igual que en los singletes (ya que no tienen I). Entonces esta combinación no es quiral y preserva el vacío. Entonces, el vacío QCD conserva el subgrupo electromagnético ordinario, lo que significa que hace un Higgs, al igual que el Higgs real, que descompone el SU(2)xU(1) en U(1) electromagnético, con bosones W y Z como en el modelo estándar.
Esto no es una coincidencia tan grande como parece --- una gran parte de esto se debe al hecho de que los condensados QCD en nuestro universo no están cargados, por lo que no rompen el electromagnetismo, porque u-bar y u tiene transformación de carga electromagnética opuesta. Esto significa que una condensación u-bar u deja intacto el electromagnetismo, y no es una sorpresa que no deje ninguno del resto de SU(2) y U(1) intacto, porque es un condensado quiral, y estos son transformaciones de calibre quirales.
La principal diferencia es que hay 3 condensados tipo Higgs separados, uno para cada familia, cada uno con un VEV idéntico, todos completamente simétricos entre sí bajo la simetría de la familia SU(3) global exacta.
Las W y las Z obtienen una masa de uno arbitrario de estos 3, dejando 2 condensados dinámicos similares a los de Higgs. La principal diferencia es que estos condensados escalares no necesariamente tienen una oscilación distinguible similar al bosón de Higgs, a diferencia de un Higgs escalar fundamental. El resultado de esto es que W y Z adquieren masas de escala QCD, por lo que alrededor de 100 MeV para W y Z, en comparación con aproximadamente 100 GeV en el mundo real. La relación de la masa W y Z es exactamente igual que en el modelo estándar.
El espectro de baja energía de QCD se modifica drásticamente debido al gran número de quarks. Los 8 piones sin masa y los 24 piones casi sin masa (tres de los piones son devorados por las W y las Z para formar parte de los vectores masivos) incluyen todos los grados de libertad de los diquarks que llamamos piones, kaones y ciertos mesones de quarks pesados. Todavía habrá un solo instante pesado eta-primo del instante violado quiral U(1) parte de U(6)xU(6). Debería haber 35 partículas rho dividiéndose en 8 y 27 y 35 partículas A dividiéndose en 8 y 27 midiendo efectivamente la simetría del sabor.
Podría pensarse que los 6 quarks obtienen una masa de su fuerte interacción con los condensados de tipo Higgs, del orden de algunos meV, pero dado que la masa de un quark se define a distancias cortas, desde el propagador, podría ser más correcto decir que los quarks no tienen masa. Algunas de las partículas que ve en el libro de datos, la sigma (660), la f0 (980) deberían desaparecer (ya que son extrañas; podrían ser el producto de interacciones piónicas que crean algunos estados unidos extremadamente inestables, algo que no funcionaría con piones sin masa)
El electrón y el neutrino no tendrán masa, excepto por el acoplamiento directo quark-leptón no renormalizable, que acoplaría el electrón al condensado de quark quiral similar a Higgs. Este efecto es de dimensión 6, por lo que la longitud de onda compton del electrón será comparable al radio actual del universo visible. La masa del neutrino se suprimirá aún más fuertemente, por lo que bien podría ser exactamente sin masa.
El electrón sin masa conducirá el acoplamiento electromagnético (el U(1) sin Higgs que queda debajo de la escala QCD) para ir logarítmicamente a cero a grandes distancias, a partir de la ejecución logarítmica de la detección QED. Entonces, el electromagnetismo, aunque será el mismo subgrupo de SU(2) y U(1) que en el modelo estándar de Higgsed, será mucho más débil a distancias macroscópicas que en nuestro universo.
Los núcleos deberían formarse como de costumbre a distancias cortas, aunque Isospin es ahora una simetría SU(6) casi exacta rota solo por el electromagnetismo, y no por la masa de los quarks, y con un subgrupo SU(3) exacto. Entonces, todos los núcleos vienen en multipletes SU (6) ligeramente divididos en multipletes SU (3). La fuerza fuerte tendrá un alcance más largo y sin la caída logarítmica de la fuerza electromagnética, porque los piones se adaptan rápidamente a una teoría de campo libre, ya que las autointeracciones de los piones son del tipo de modelo sigma. Las interacciones piónicas se verán similares a la gravedad en una aproximación newtoniana, pero mediadas por escalares, por lo que no obedecerán el principio de equivalencia y desaparecerán al dispersarse a velocidades comparables a la velocidad de la luz.
La combinación de una fuerza nuclear atractiva de largo alcance y una fuerza electromagnética apantallada logarítmica podría darte galaxias enlazadas nuclearmente, mantenidas en densidades fijas por la repulsión electrostática residual apantallada lentamente. Estas galaxias serán penetradas por una nube de electrones sin masa y positrones que se producen constantemente en pares desde el vacío.
El campo de Higgs tiene un valor medio distinto de cero. Y debido a que la tiene, muchas partículas tienen masa, incluidos los electrones, los quarks y las partículas W y Z de las interacciones débiles. Si el campo de Higgs fuera cero, esas partículas no tendrían masa o serían muy ligeras. Eso sería un desastre; los átomos y los núcleos atómicos no existirían. Nada como los seres humanos, o la tierra en la que vivimos, podría existir sin que el campo de Higgs tuviera un valor promedio distinto de cero.
Pero, las partículas en el universo estarían más organizadas.
Pongámoslo bajo el microscopio..
En lugar de la fuerza nuclear débil y electromagnética presente en nuestro mundo, con su campo de Higgs distinto de cero, un mundo con campo de Higgs cero tiene estas fuerzas revueltas y reorganizadas. Las fuerzas reorganizadas se llaman hipercarga e isospin (por razones históricas; los nombres son solo eso, nombres, sin otro significado).
Como parte de esta codificación, se cambian las partículas portadoras de fuerza; hay 3 partículas W y una partícula X, y faltan el Z° y el fotón. Y las partículas W y X ahora no tienen masa.
Los portadores de fuerza ahora son más simples en otro sentido. El fotón afecta directamente a las partículas W y W. Pero la partícula X no afecta directamente a ninguna de las tres partículas W. Los gluones se afectan como antes; los W también se afectan a sí mismos; pero la partícula X no afecta en absoluto a los portadores de fuerza.
arivero