Das Higgs-Feld (beachten Sie, dass hier das -Feld wichtig ist, nicht das Higgs-Boson selbst, das nur eine Welligkeit im Higgs-Feld darstellt) gibt Partikelmasse im gleichen Sinne wie das starke Kraft gibt die Protonenmasse an (Kontext: $ 99 \% $ der Masse des Protons stammt nicht aus der Masse seiner konstituierenden Quarks, sondern aus der Tatsache, dass die Quarks grob gesagt eine große Menge an kinetischer Energie haben, aber durch die Starken gebunden sind Macht). Wenn irgendeine Kraft Energie auf eine kleine Menge Raum beschränkt, dann hat diese gebundene Energie eine Masse, die durch $ E = mc ^ 2 $ gegeben ist. Dies ist, was das Higgs-Feld tut: Es bindet ein masseloses Teilchen in einen kleinen Raum und daher durch $ E = mc ^ 2 $ (und die Tatsache, dass das Teilchen jetzt einen Bezugsrahmen hat, in dem es stationär ist) dieses Teilchen eine effektive Ruhemasse.

Um ein intuitives Gefühl für das Geschehen zu bekommen, können Sie als Übung $ E = mc ^ 2 $ ableiten, indem Sie ein Photon betrachten, das von einer Spiegelbox begrenzt wird. Das Photon springt hin und her und übt Druck auf den Spiegel aus. Wenn Sie versuchen, die Box zu drücken, hat es Trägheit, da das Photon mehr Druck auf die Vorderseite des Spiegels als auf die Rückseite ausübt. Wenn Sie es herausfinden, werden Sie feststellen, dass die Spiegelbox eine effektive Trägheitsmasse von $ m = E / c ^ 2 $ hat. Das Higgs-Feld liefert eine Kraft, die wie diese Spiegelbox wirkt und dadurch dem darin enthaltenen Teilchen Masse "verleiht".

Kurze Antwort: Nehmen Sie es nicht wörtlich, ohne weiteren Kontext .

Um die Rolle des Higgs-Bosons im Standardmodell zu verstehen, müssen Sie näher darauf eingehen Schauen Sie sich den Rahmen an, in dem wir Elementarteilchen beschreiben: die Quantenfeldtheorie.

Bei diesem Ansatz werden Partikel als Anregungen von Feldern beschrieben, die sich über die gesamte Raumzeit erstrecken. Der Grundzustand des Feldes entspricht dem Vakuum, was wir Teilchen nennen, entspricht den Anregungen des letzteren. Wenn Sie mit der Quantenmechanik vertraut sind, denken Sie an einen harmonischen Oszillator, um das Konzept zu verstehen.

Der Punkt ist nun, dass der Massenerzeugungseffekt auf das Vorhandensein des Feldes zurückzuführen ist, nicht auf das zugehörige Partikel . Die Existenz des Partikels entsteht als eine Art Konsistenzanforderung, die kürzlich am LHC bestätigt wurde.

In diesem Sinne hängt die Antwort auf Ihre Frage ganz davon ab, was Sie unter "Higgs-Boson" verstehen. Massive Partikel zu haben bedeutet nicht, dass es Bosonen im Sinne von Partikeln gibt ständig um sie herum. Sie sind viel zu schwer, als dass dies eine praktikable Option wäre, da 125 GeV weit über das hinausgehen, was man im täglichen Leben erlebt (ein Proton kommt mit einer Ruhemasse von fast 1 GeV).

Für einen Teilchenphysiker ist es offensichtlich, dass sich "Boson" auf eine Eigenschaft des Feldes als Ganzes bezieht und nicht auf dessen Anregung. Ein Laie wird es jedoch mit einem Teilchen assoziieren, das sich durch die Raumzeit bewegt. Daher sollten Sie diesen Satz nicht wörtlich nehmen. Ich würde es unterlassen, es frei zu verwenden, ohne eine zusätzliche Erklärung zu liefern.

"Ein masseloses Teilchen in einen kleinen Raum binden" ist ein guter Ausdruck für eine populäre Diskussion, aber es ist nicht die einzige Möglichkeit, sich den Higgs-Mechanismus vorzustellen.

Eine andere Perspektive ergibt sich aus der Tatsache, dass jeder Teilchen in einem Wechselwirkungsfeld verhalten sich genau so, als hätte sich seine Energie oder ihr Impuls geändert. Dieses Konzept wird im Gegensatz zum üblichen (kinetischen) Impuls $ m \ vec {v} $ kanonischer Impuls genannt. Im Magnetfeld beträgt der kanonische Impuls beispielsweise $ \ vec {P} = m \ vec {v} + e \ vec {A} $, und im statischen elektrischen Feld beträgt die kanonische Energie $ E = \ tfrac {1 } {2} mv ^ 2 + e \ varphi $ (diese Formeln sind nicht relativistisch). Letzteres wird am einfachsten verstanden, weil wir es gewohnt sind, $ e \ varphi $ potentielle Energie zu nennen. Eine Kraft wirkt auf das Teilchen, wenn sich ein solcher zusätzlicher Term mit der räumlichen Position ändert.

Variationen dieser Idee hängen vom Tensortyp des Wechselwirkungsfeldes ab. Das elektromagnetische Feld ist ein Vektorfeld und das Higgs-Feld ist ein Skalarfeld. (Die anderen Arten von Feldern sind ebenfalls möglich, zum Beispiel ist das Gravitationsfeld in GR ein Tensorfeld der Ordnung 2.) Dies führt zu einer wichtigen Tatsache: Die Energie und der Impuls ändern sich um denselben Faktor (im relativistischen Sinne). , was das gleiche ist, wie sich die Masse ändern würde. $ \ vec {P} = m \ gamma \ vec {v} + \ Delta m \, \ gamma \ vec {v} $ und $ E = m \ gamma c ^ 2 + \ Delta m \, \ gamma c ^ 2 $, $ \ Delta m = gh $ wobei $ g $ die Kopplungskonstante ist.

Überall dort, wo ein skalares Wechselwirkungsfeld einen Wert ungleich Null erhält, bewegen sich Partikel so, als hätten sie etwas Masse gewonnen. Und das Higgs-Feld hat im gesamten Universum einen konstanten Wert ungleich Null, $ h = h_0 $. Somit haben alle Teilchen ihre Higgs-Massen, und sie können keine explizite Masse außer dieser haben, und die Theorie geht davon aus.

Eine einfache Standardantwort (für das Standard-Higgs-Boson -Feld ) ist, dass ein Teilchen durch Passieren dieses Feldes Masse aufnimmt, wodurch sich die Trägheit des Teilchens ändert (und somit als Masse erscheint, die ein Maß dafür ist Trägheit unter anderem)

Natürlich wird das Standard-Higgs-Boson noch untersucht (wenn es das Standard-Boson ist und keine Variation anderer Vorschläge), und dies ist nicht die einzige Möglichkeit, zu argumentieren oder zu erklären, wie es gibt Masse zu anderen Partikeln.

Sie sollten es ganz wörtlich nehmen. (Streitigkeiten über das Higgs-Feld gegenüber dem Higgs-Boson sind falsch. Partikel nehmen erst an dem Punkt Massen an, an dem das Higgs-Boson erscheint. Daher ist es genauso richtig, die Partikelmassen dem Higgs-Boson zuzuordnen.)

Es gibt jedoch eine einfache Möglichkeit, sich dies vorzustellen. Das Konzept eines Higgs-Bosons ist völlig allgemein gehalten, obwohl man sich in der Teilchenphysik normalerweise auf das Standardmodell Higgs bezieht. Ein "Higgs-Boson" erscheint, wenn ein System einen Phasenübergang durchläuft, der eine gewisse Symmetrie bricht.

Es gibt viele Beispiele aus der Festkörperphysik, bei denen dasselbe passiert. In einem Supraleiter werden beispielsweise bei der kritischen Temperatur die Kupferpaare zu "Higgs" -Bosonen, und das Teilchen, das eine Masse annimmt, ist das Photon. Dies ist die berühmte BCS-Theorie der Supraleiter. Vergleiche mit der Ginzburg-Landau-Theorie der Phasenübergänge, in der man das Potential in gleichmäßigen Potenzen des Feldes erweitert.