¿Qué rompe la simetría entre la fuerza electromagnética y la nuclear débil?

Los detalles de esto son un conjunto de ideas algo enrevesado que sería un capítulo completo de un libro de texto de teoría cuántica de campos si se hace correctamente. Lo que ofrezco a continuación es una breve descripción general a nivel popular. Paso por alto varios detalles, y yadda yadda a través de muchas cosas. Traté de ser lo más preciso posible, pero dada la brevedad de la discusión, estoy seguro de que algunas de las cosas que digo a continuación están mal bajo ciertas circunstancias.

Dicho esto, vamos.

La idea central aquí es que la ecuación fundamental que gobierna la fuerza electrodébil es una teoría que acopla tres bosones SU(2) con la materia. Esta ecuación es invariante bajo una rotación arbitraria de los bosones SU(2) entre sí; podría reemplazar$A_{1}$y$A_{2}$con$A_{a} = n A_{1} + m A_{2}$y$A_{b} = kA_{1} + \ell A_{2}$, y la ecuación fundamental sería la misma, siempre que$n^{2} + m^{2} = k^{2} + \ell^{2} =1$y$nk + m\ell = 0$De manera similar, gracias a la simetría SU(2), las partículas de materia que interactúan pueden reemplazarse arbitrariamente entre sí, y la teoría no reconoce la diferencia: el componente "zurdo" del neutrino puede reemplazarse con el " componente zurdo" del electrón, y la interacción SU(2) no sería la más sabia.

La interacción electrodébil también incluye una interacción U(1) que se comporta como la electrodinámica ordinaria. Si no hay una partícula de Higgs, todo se comporta así y ninguno de los bosones tiene masa.

Entonces, el higgs entra en escena. Resulta que el bosón de Higgs tiene una función de energía potencial tal que su función de energía potencial es mayor cuando está ausente que cuando está presente. Dado que el campo de Higgs interactúa con el campo SU(2) y el campo U(1), toma valores en estos espacios y, por lo tanto, la forma distinta de cero en que se minimiza su energía potencial significa que si una partícula de Higgs está presente y cerca de este valor mínimo, la física del mundo real NO respeta las rotaciones mencionadas anteriormente. Esta falta de respeto por las rotaciones selecciona valores físicos muy especiales de los coeficientes de rotación que respetan el valor tomado por el Higgs. Cuando todo esto está dicho y hecho, los cuatro bosones vectoriales (tres SU(2) y uno U(1)) se han combinado de una manera muy particular para formar tres bosones que interactúan débilmente,

El campo de Higgs separa el electromagnetismo y la fuerza débil. Esto se debe principalmente al hecho de que el bosón de Higgs dio masa a los bosones W y Z. También en ese momento los bosones eran B, y los tres bosones W. Luego, el B interactuó con el tercer W creando el fotón y el bosón Z. El Higgs interactuó aquí dando al bosón Z 90 veces la masa de un protón. Mientras que el fotón no tiene masa y se mueve a la velocidad de la luz. Los dos bosones W obtuvieron carga y masa del campo de Higgs. Esto separó el Electromagnetismo y la Fuerza nuclear Débil.