¿El bosón de Higgs no es responsable de la mayor parte de la masa?

El video "¿ Tu masa NO es del bosón de Higgs? " argumenta que casi toda la masa de la que estamos hechos no proviene de la interacción con el campo de Higgs , sino que la mayor parte de la masa de un núcleo proviene del espacio entre los quarks (el quark -plasma de gluones ).

Si el video es correcto, entonces realmente debe haber una explicación fácil de entender para la masa porque los divulgadores de la ciencia nos hacen pensar a los legos que el mecanismo de Higgs es responsable de toda la masa de los átomos y eso, por supuesto, sería muy engañoso.

La afirmación "El bosón de Higgs nos da masa" es incorrecta de dos maneras diferentes. La primera es que es el campo de Higgs, no la partícula en sí, lo que da masa a las partículas elementales. La segunda razón es la que usted ha dicho: que la mayor parte de la masa de los átomos y los núcleos provienen de la energía de los quarks que se unen, no de la energía asociada con el campo de Higgs. Aquí hay un muy buen sitio web que explica estos problemas con más cuidado que la mayoría: profmattstrassler.com/articles-and-posts/the-higgs-particle/…
¡Gracias! He leído el enlace, pero no obtuve una buena analogía (para el profano) de por qué la agitación dentro del plasma de gluones conduce a la otra masa (inercia). Cierta partícula que se mueve a través de algún tipo de melaza cósmica es cómo veo una partícula que interactúa con un campo de Higgs y eso es lo que emite algo de masa, eso es fácil de visualizar y la explicación popsci estándar, pero ¿cuál es la otra analogía de trabajo para la masa que viene? del plasma de gluones?
Hola alex, la respuesta es muy simple: toda la energía se puede interpretar como parte de la masa en reposo de un sistema. Esto es lo que dicen los famosos mi = metro C 2 realmente está diciendo. Incluso en un átomo de hidrógeno (por ejemplo), la masa de un protón aislado más la masa de un electrón aislado es ligeramente diferente a la masa de los dos combinados, porque su energía de interacción afecta la masa del sistema. En ese sistema el cambio es minúsculo, pero dentro de un núcleo esta energía de interacción, así como la energía cinética de los constituyentes, es enorme y no puede ser ignorada.
¡Ahora lo entiendo! m = E/c^2. La razón de mi malentendido es que estaba buscando algo como: "tenemos energía, la energía se traduce en masa, ENTONCES ESA MASA debe explicarse con algo equivalente a la analogía de mollases que se usa para explicar la masa de partículas subatómicas (dado por la interacción con el campo de Higgs). " Ahora entiendo que la otra masa que obtenemos de la energía no necesita esta interpretación adicional. ¡Gracias!
Es cierto que la masa "desnuda" de los quarks de valencia constituye una pequeña parte de la masa de los nucleones. Sin embargo, describir el mar de nucleones como un plasma de quarks-gluones es simplemente incorrecto. Relacionado: physics.stackexchange.com/q/13581

Respuestas (4)

El mecanismo de Higgs no es el detalle universal responsable de la masa, sino el último. Otros mecanismos podrían darte grandes cantidades de masa, y de hecho lo hacen, pero todavía hay una parte que no pueden explicar. Y es por eso que se necesita el mecanismo de Higgs.

Números para ti:

Para el átomo de hidrógeno:
Masa total: aproximadamente 1 GeV
Campo electromagnético: varios eV (milmillonésima parte)
Campo de fuerza nuclear: ninguno
Masas de electrones y quarks: por el mecanismo de Higgs: aproximadamente 20 MeV
El resto se debe a los gluones (y quarks virtuales) tensión y movimiento.

Para otros átomos:
Masa total: aproximadamente 1 GeV por nucleón (protón o neutrón)
Campo electromagnético: hasta keV por protón (no el campo dentro del núcleo)
Campo de fuerza nuclear: hasta varios MeV por nucleón
Campo electromagnético dentro del núcleo: hasta lo mismo que la parte del campo de fuerza nuclear
Masas de electrones y quarks - por el mecanismo de Higgs - alrededor de 20 MeV por nucleón
El resto se debe a... ver arriba.

Lo siento si parezco un poco arrogante y disculpe mi torpeza, pero parece que falta algo en su 'respuesta': la respuesta a mi pregunta. ¿Cómo se traduce la "tensión y el movimiento" de los gluones en la inercia que vemos como un todo para toda la masa del átomo (GeVs) si no es solo el intercambio de bosones de Higgs entre los hadrones y el campo de Higgs?
Cierta partícula moviéndose a través de algún tipo de melaza cósmica es como veo una partícula interactuando con un campo de Higgs y eso es lo que emite algo de masa, pero ¿cuál es la otra analogía de trabajo para la masa proveniente del plasma de gluones?
La Relatividad Especial te da la respuesta. Dice (y muestra cómo) todo tipo de energía puede tomar parte en la masa. Por ejemplo, el fotón no tiene masa. Pero si tomamos dos fotones que vuelan en diferentes direcciones, luego tomados como un todo (por ejemplo, dentro de una caja con paredes de espejo), formarían algo de masa. De manera similar, cualquier energía cinemática de partículas (quarks y gluones también) puede sumarse a la masa. Y el valor distinto de cero de algún campo, digamos, eléctrico, también haría que la caja fuera más pesada. // Y lo siento, tu imagen se parece más a la resistencia a la tracción que a la inercia. Es difícil obtener una imagen adecuada sin matemáticas.
@firtree: ¿Por qué necesito dos fotones? ¿No sería suficiente un fotón en una caja (no tiene masa en reposo pero debería tener masa relativista)?
Puede usar un fotón, si dice que la caja es masiva, lo que en realidad no conduce a la simplificación. Y, pensar en la "masa relativista" es un error, consulte en.wikipedia.org/wiki/Mass_in_special_relativity#Controversy . La idea principal es que la masa de dos o más cuerpos no es la suma de sus masas, por eso me vinieron a la mente dos fotones.
La contribución del campo de fuerza nuclear para el hidrógeno no es nula. La energía de enlace del quark en un protón es bastante grande y representa la mayor parte de la masa del protón.
@JerrySchirmer El elemento tiene en cuenta la energía de enlace del quark gluons and virtual quarks tension and motion. Creo que es mejor aplicar la palabra ' fuerza nuclear ' a la fuerza entre nucleones . Los quarks están unidos por la fuerza intranucleónica, aunque estos niveles de interacción no están muy bien aislados entre sí. La única contribución de la fuerza entre nucleones en el hidrógeno se debe a los hadrones virtuales (principalmente π y ρ mesones) emitidos y absorbidos por el protón (la parte del propagador del protón), y esto se puede suponer 0.
@MaciejPiechotka De hecho, puede usar un fotón, vea mi respuesta aquí , aquí y aquí .
@MaciejPiechotka Mi respuesta difiere de la respuesta de Rod en el hecho de que estaba hablando de fotones clásicos que son partículas puntuales, y Rod estaba hablando de fotones cuánticos reales con propiedades ondulatorias. Entonces su respuesta cubre y no contradice la mía.

La respuesta del experimentador:

1) La física experimental ha establecido con muchísimos experimentos que el marco subyacente de la naturaleza es la mecánica cuántica , y esto incluye la relatividad especial, cuando las energías son apropiadas. Depende de un número muy pequeño de partículas elementales de las que se compone toda la materia que hemos observado y experimentado en nuestros laboratorios.

2) La definición de masa que te preocupa es la cotidiana bien descrita por la mecánica clásica , como la resistencia a una fuerza aplicada.

La masa inercial mide la resistencia de un objeto a los cambios de velocidad m=F/a. (la aceleración del objeto).

En el régimen de la física relativista una partícula elemental como se ve en esta tabla tiene una masa en reposo:
.

Partículas elementales incluidas en el Modelo Estándar

Tienen una masa dada en la tabla, excepto las dos de arriba en la columna en rojo, que son partículas sin masa. Estas partículas en varios estados unidos componen los protones (quarks y gluones) y los neutrones, los protones y neutrones unidos forman los núcleos de los átomos y reúnen a su alrededor los electrones y los átomos forman los sólidos.

Si observas las masas, nunca podrían sumar la masa del protón. ( 1 GRAMO mi V C 2 ) .

Lo que pasa es que la suma no es de masas escalares, sino de cuatro vectores, los momentos tridimensionales que conocemos más la energía como cuarta componente en la métrica especial de la relatividad especial. La masa, en este marco, es la "longitud" correspondiente de tres dimensiones y se denomina "masa invariable" : para las partículas elementales, esta "longitud" es idéntica a la masa de la mesa. Cuando dos partículas elementales forman otra partícula, o salen de una partícula, la masa de la partícula compuesta es una función de la suma vectorial de cuatro dimensiones de las partículas elementales individuales que la componen.

Por ejemplo existe una partícula llamada pion ( π 0 ) , de masa 135 METRO mi V C 2 . Se desintegra en dos fotones sin masa. El sistema de dos fotones tiene la masa invariante del π 0 aunque cada fotón tiene masa cero.

Entonces se construye una jerarquía, las partículas elementales (quarks, gluones) se combinan para componer los protones y los neutrones, los protones y los neutrones se combinan para componer los núcleos, los electrones más los núcleos componen los átomos. La masa invariante compuesta en un nivel se convierte en la masa en reposo del partículas básicas del siguiente nivel. Cada nivel tiene menos energía cinética en la combinación que el nivel anterior, por lo que las masas empiezan a parecerse a las masas mecánicas clásicas. Cuando llegamos a sólidos y líquidos de dimensiones superiores a los nanómetros, los efectos relativistas pueden ignorarse.

¿Dónde entra el campo de Higgs en esta saga? Solo afecta a las masas invariantes de las partículas elementales de la tabla, sus masas en reposo. La mayor parte de las masas que medimos macroscópicamente son una acumulación, nivel por nivel, de estas partículas elementales y sus energías de enlace. Las altas energías que unen las capas subyacentes se convierten macroscópicamente en las masas mecánicas clásicas.

Un buen punto es pensar en la curva de energía de enlace y las reacciones nucleares donde vemos el proceso opuesto: la masa clásica se convierte en energía al destruir el nivel de composición.

OK, entonces el mecanismo de Higgs le da masa en reposo a todas las partículas elementales en la tabla (excepto fotón, gluón), con el mismo mecanismo, ¿de la misma manera? Entonces, el mecanismo de Higgs, por ejemplo, le da masa en reposo a los Quarks, de la misma manera que le da masa en reposo a los bozones W, Z.
@ÁrpádSzendrei sí, solo las partículas elementales obtienen su masa del mecanismo de Higgs, las que tienen un acoplamiento electrodébil

Un físico de partículas me dijo que los campos de Higgs explican solo una pequeña parte de la masa, mientras que la mayor parte de la masa se debe a la energía que une los protones en el núcleo (que se describe usando QCD).

Así que creo que lo que dice el video es correcto.

Entonces, ¿cuál es el mecanismo que produce inercia a partir de la energía (descrita por QCD) que une los protones en el núcleo? Los quarks intercambian bosones de Higgs con el campo de Higgs, por lo que sabemos de dónde proviene la inercia de las partículas, pero ¿cómo llega a existir la inercia del plasma de quarks-gluones si no intercambia nada con el campo de Higgs?
Lo más probable es que la energía se una a los quarks en protones y neutrones. La energía nuclear es relativamente pequeña. (Y no temas, las bombas de quarks y los reactores son imposibles; los quarks ya están en el estado de menor energía).
La energía de @alex tiene inercia, punto. Tiene que hacerlo, para que GR sea consistente. Además, el material de un protón no es el plasma de quarks y gluones.

Hay un claro error en lo que dice: la masa no proviene de la interacción con las partículas de Higgs en sí misma. En esencia, para la masa debida al mecanismo de Higgs, el Lagrangiano contiene originalmente partículas sin masa. Esto se debe al requisito de simetría de calibre. Los términos de masa no son invariantes de calibre.

El mecanismo de Higgs es un mecanismo dinámico en el que campos originalmente sin masa adquieren masa. El campo (escalar) asociado al Higgs adquiere un valor de vacío distinto de cero, como decimos, por ruptura espontánea de la simetría. La parte de ruptura de simetría proviene del hecho de que si el estado de vacío del Higgs no contiene la misma simetría que el Lagrangiano original, ininterrumpido, entonces los bosones de calibre adquirirán una masa. El vacío distinto de cero de Higgs dará los términos correspondientes a una masa.

Pero las partículas de higgs, tal como las podemos producir en el LHC, son pequeñas excitaciones del campo de higgs. Estas pequeñas perturbaciones se realizan alrededor del estado de vacío del campo, y también pueden interactuar con las partículas de la teoría, pero no son responsables de la masa.

¿El bosón de Higgs no es responsable de la mayor parte de la masa?
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