La contribución a la masa de la ruptura dinámica de la simetría quiral.

A menudo se afirma que el descubrimiento del bosón de Higgs nos dará información sobre el origen de la masa. Sin embargo, las masas desnudas de los quarks up y down son solo de alrededor de 5 MeV, bastante más pequeñas que su masa "constituyente" o "dinámica" de alrededor de 300 MeV. (Recuerde que un neutrón, por ejemplo, es un quark arriba y dos abajo y tiene una masa total de 939 MeV). ¿Cuál es entonces el razonamiento detrás de la afirmación de que el Higgs abordará el origen de la masa cuando, con mucho, la mayoría de los ¿La masa del neutrón (y del protón) está relacionada en cambio con la ruptura dinámica de la simetría quiral?

Respuestas (2)

Su punto es totalmente válido y es un punto favorito de David Gross, quien casualmente co-descubrió la cromodinámica cuántica. De hecho, los periodistas dicen a menudo que el bosón de Higgs es la partícula de Dios que le da a todo su masa. Sin esta masa, todo sería sin masa.

Sin embargo, la mayor parte de la masa de la materia visible se almacena en la masa de protones y neutrones. Y aproximadamente el 98% de la masa de estos nucleones proviene de las complicadas interacciones QCD dentro de estas partículas que también crean muchos gluones virtuales y pares quark-antiquark, además de la gran energía cinética de todas estas partículas que hace que su masa total supere sustancialmente al resto. masa. Solo el 2% más o menos de la masa de los nucleones se reduce a la masa en reposo generada por Higgs de los quarks up y down.

Es un poco sutil si se debe decir que este 98% de la masa del protón proviene de la ruptura de la simetría quiral. Sería totalmente correcto para los piones. Los piones no tendrían masa si no se rompiera la simetría quiral; sería un poco diferente con los nucleones porque su masa no estaría protegida incluso si la simetría quiral fuera exacta.

Sin embargo, hay un sentido en el que la partícula de Dios es necesaria incluso para esta masa dominante del protón generada por QCD: se necesitan masas de quarks distintas de cero para romper realmente la simetría quiral. La ruptura de la simetría quiral simplemente amplifica este "impulso" inicial, las masas en reposo distintas de cero, para romper la simetría quiral.

Por supuesto, usted y David Gross tienen razón en que los periodistas exageran la importancia de la partícula de Dios; la mayor parte de la masa real de los materiales que conocemos proviene del desorden QCD. Sin embargo, incluso la ruptura de la simetría quiral sería difícil sin la partícula de Dios.

Muchas gracias Lubos por tu ayuda. Mi única pregunta pendiente es sobre la necesidad de que las masas de quarks distintas de cero rompan la simetría quiral. Sería curioso si hubiera una manera inequívoca de ver esto. Mi intuición es que esto tendría que provenir de algún tipo de relación de álgebra actual. Por otro lado, en el modelo de Nambu--Jona-Lasinio, se produce una masa generada dinámicamente incluso sin ninguna masa explícita de quarks desnudos.
Lubos, creo que debes saber que tu respuesta no es realmente precisa. Las masas de quarks distintas de cero del acoplamiento al Higgs no son necesarias como una especie de "impulso" para desencadenar la ruptura de la simetría quiral. La ruptura espontánea de la simetría quiral debe ocurrir en QCD incluso si las masas de los quarks desaparecen. Durante 3 generaciones esto fue establecido por t'Hooft como consecuencia de la coincidencia de anomalías. Es importante distinguir la ruptura explícita de la espontánea de la simetría quiral, son conceptos diferentes y tienen consecuencias diferentes.

La masa adicional del protón y el neutrón no se debe a la ruptura de la simetría quiral. Se debe a la energía en los campos de fuerza electromagnéticos y fuertes.

Si la simetría quiral fuera una simetría exacta de la lagrangiana, entonces los piones y otros mesones (no los bariones) tendrían masa cero debido a la ruptura espontánea de la simetría quiral. La simetría quiral no es exacta debido a las pequeñas masas desnudas de los quarks, por lo que los mesones no son exactamente sin masa.

A partir de esto, puede ver que su pregunta es un poco confusa, pero una parte que es correcta es que la mayor parte de la masa en la materia atómica ordinaria no se debe al mecanismo de Higgs. Cuando la gente dice que el bosón de Higgs nos dará información sobre el origen de la masa, se refiere a las masas desnudas de partículas no compuestas, como electrones y quarks.

En realidad, esta respuesta es lo que se confunde. La mayor parte de la masa del protón y el neutrón se debe a la ruptura dinámica (espontánea) de la simetría quiral. En ausencia de una ruptura de simetría quiral explícita de las masas de los quarks, esto conduciría a piones sin masa, pero otros mesones como el ρ , ω , a 1 , F 1 etc. no sería sin masa en este límite.
Me interesa saber cómo justifica la afirmación de que la masa del protón se debe a la ruptura espontánea de la simetría quiral. Esto solo tendría sentido para mí si hubiera un punto en el espacio de parámetros donde la simetría quiral no se rompe y el protón es mucho más ligero. Eso no sucede. La explicación que di para la masa es genérica y aún sería correcta. No es muy diferente de la explicación dada por Lubos excepto que he evitado el lenguaje perturbador porque el proceso es altamente no perturbador.
La contribución a la masa de la ruptura dinámica de la simetría quiral.
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