¿Por qué necesitamos el campo de Higgs para volver a explicar la masa, pero no la carga?

En realidad, la masa y la carga son solo superficialmente similares. Sí, ambos aparecen en las leyes de fuerza del cuadrado inverso, a saber, la ley de gravitación de Newton y la ley de fuerza electrostática de Coulomb, pero ambas son aproximaciones . La ley de Coulomb ignora los efectos cuánticos, que es una aproximación muy pequeña, pero la ley de Newton ignora toda la relatividad, lo que hace una gran diferencia en ciertas circunstancias. Las verdaderas teorías subyacentes, la electrodinámica cuántica y la relatividad general, son casi completamente diferentes.

Ahora, para abordar sus preguntas directamente (aunque es cierto que esto sería mucho más fácil de explicar con las matemáticas):

¿Por qué Higgs necesitaba introducir el concepto de campo de Higgs en todo el universo para definir la masa en función de las interacciones con ella? Y, ¿a ningún cuerpo le importaba la carga del electrón (por ejemplo), que también es un atributo básico y constante?

Piensa en esto: ya sea en la gravedad newtoniana o en la relatividad general, la masa es una propiedad que simplemente asumes que tiene un objeto. Ninguna de esas teorías intenta explicar de dónde proviene la masa de un objeto; la masa es simplemente algo que se inserta en la ecuación para calcular una trayectoria o una fuerza.

Sin embargo, el modelo estándar es más ambicioso que eso: realmente quiere explicar las cosas, no solo ponerlas a mano en la teoría. Todo comienza con un principio llamado invariancia de calibre local . Haciendo las matemáticas, encontramos que las consecuencias de este principio corresponden a muchas de las mismas propiedades que sabemos que tienen las partículas. Por ejemplo, una consecuencia de la invariancia de calibre local es el hecho de que algunas partículas tienen carga eléctrica y la existencia de la fuerza electromagnética. Otra consecuencia es que las partículas tienen "carga de color" lo que conduce a la existencia de la fuerza fuerte. Predice la existencia de antipartículas y las leyes de conservación correctas que gobiernan qué reacciones de partículas elementales pueden y no pueden ocurrir en la naturaleza.

Pero antes de que se descubriera el mecanismo de Higgs, lo único que el modelo estándar no predecía era la masa. De hecho, todas las partículas que predijo que existirían, que en casi todos los demás aspectos coincidían exactamente con las partículas conocidas, ¡no tendrían masa! Claro, podríamos modificar el modelo estándar para obligar a las partículas a tener masa, pero no había ninguna razón particular para hacerlo (aparte del hecho de que sabemos que las partículas tienen masa en la vida real). No había un principio simple que requiriera que la teoría incluyera la masa de la misma manera que la invariancia de calibre local requiere que la teoría incluya la carga eléctrica, la carga de color, etc.

Lo que Higgs y otros científicos (Anderson, Brout, Englert, Guralnik, Hagen, Higgs y Kibble) descubrieron es que el principio de ruptura espontánea de la simetría hace exactamente eso: permite, y de hecho requiere, que las partículas del modelo estándar tengan masa. Lo bueno es que solo hace esto en combinación con la invariancia de calibre local, pero eso no viene al caso aquí. Lo importante es que cuando agregas la ruptura espontánea de la simetría al modelo estándar, obtienes partículas con masa, donde antes tenías partículas sin masa. Para agregar una ruptura de simetría espontánea, debe agregar un campo cuya simetría se pueda romper. De ahí viene el campo de Higgs.

Una vez más, estoy fuera de mi alcance al responder esto. Puedo estar equivocado en muchas cosas aquí, se agradecen los comentarios.

Esa era solo una definición de masa. El Higgs explica de dónde viene la masa en reposo ( pero no la gravedad ) de una manera matemáticamente rigurosa.

Uno de los intentos de explicar cómo funciona nuestro universo de una manera matemáticamente rigurosa es el Modelo Estándar . Intenta poner todas las fuerzas fundamentales (excepto la gravedad) bajo un mismo paraguas, junto con las partículas en una teoría integral que explica el mundo subatómico de manera coherente.

La teoría, en el curso de su evolución, ha predicho muchas partículas, incluyendo muchos de los quarks, los$W$y$Z$bosones y, por supuesto, el bosón de Higgs. Todos excepto el Higgs{*} han sido confirmados experimentalmente.

Todas estas partículas son necesarias para que la teoría funcione. El bosón de Higgs es producto de un ingenioso truco matemático (ruptura espontánea de la simetría), que lleva al florecimiento del concepto de "masa".

Si no se encuentra el Higgs, toda la teoría no funciona (o necesita ajustes significativos). IIRC, el SM inicialmente predijo un sin masa$W$partícula y tenía inconsistencias, que se resolvieron introduciendo la ruptura espontánea de la simetría. La intención original de introducir la ruptura de simetría espontánea (y por lo tanto el Higgs) era "arreglar" este problema en la interacción electrodébil. Desde este punto de vista, el "Higgs hace que las partículas sean masivas" es más un efecto secundario, una ocurrencia tardía.

La masa no es exactamente comparable a la carga. La masa tiene dos aspectos: el aspecto gravitacional y el aspecto de inercia. Las fuerzas EM son los análogos de "carga" de la gravedad, pero no existe tal análogo para la inercia.

Como mencionó @David, la sección anterior no es exactamente correcta. La razón por la que no necesitamos otra partícula para la carga es que la SM ya explica matemáticamente la carga (mientras que, sin Higgs, la masa en reposo es algo que simplemente asumimos)

^{* A partir de hoy, esto probablemente ha cambiado: el CERN ha descubierto una partícula que es similar al modelo estándar de Higgs.}