¿Qué es una "masa" en la física de partículas?

Question

Es claro, a partir de la lectura de pop-ciencia de los artículos sobre el bosón de Higgs, la partícula que los físicos tienen algo muy específico en mente cuando dicen que "la masa". En la física clásica, la masa de una partícula es sólo un valor determinado, pero en el contexto de la física de partículas que escuchar cosas como "computación en la masa" o "tal y tal interacción da un poco de masa".

¿Qué significa "masa" significa un físico de partículas? ¿Cómo se relaciona-a/explicar la noción clásica de la misa, y en qué se diferencian?

No estoy seguro de cuál es el nivel de explicación que yo estoy buscando. No sé de física de partículas, obviamente, por lo que cualquier graduado de nivel ecuaciones son propensos a ir por encima de mi cabeza. Pero las explicaciones como "rebote de ida y vuelta todo el tiempo" a partir de este minuto de física de vídeo son demasiado simplificado. Yo me quedo preguntando, por ejemplo, cómo el acoplamiento con el campo de Higgs hace que los electrones rebotan? Y por qué no acaba de dispersión? Y cómo es este proceso invariante de Lorentz? ¿Y por qué el rebote resistir/reaccionar a las fuerzas?

Answer 1

La masa siempre significa lo mismo pero en diferentes teorías que uno utiliza diferentes ecuaciones y otras herramientas para expresar la masa.

Masa inercial $m$ es la cantidad que expresa "la resistencia del objeto con respecto a la aceleración", es decir, el coeficiente que entra Newton $F=ma$. La masa gravitacional es lo que entra en la fórmula para la fuerza gravitacional $F=GmM/r^2$. Estas dos masas son iguales, hasta una relación universal que puede ser elegido para ser uno en buenas unidades. Esta igualdad de las dos masas es conocido como el "principio de equivalencia".

En la física Newtoniana, la masa de las partículas individuales es básicamente conservadas. Seguramente el total se conserva. En la relatividad especial, sólo el "total de la masa relativista" que incluye la mejora de la energía cinética se conserva. Esta ley de la conservación se convierte en la misma ley con la ley de conservación de la energía; la masa puede ser "convertido" a la energía y viceversa. El total de la masa y la energía están relacionados por $E=mc^2$ e este "unificado", cantidad que se conserva siempre las leyes de la física son tiempo-invariante a la traslación (el teorema de Noether).

Para una dada partícula, en especial de la relatividad, normalmente se utiliza el término "masa" para el resto de la masa $m_0$, la masa se mide en el marco del resto. Relacionados con la energía y el impulso por $$ E^2 = m_0^2 c^4 + p^2 c^2 $$ El trabajo real de la teoría se utiliza para describir las prácticas de física de partículas se denomina la teoría cuántica de campos (QFT). Es una combinación de la clásica teoría de campo (como Maxwell campos electromagnéticos) y los postulados de la mecánica cuántica.

En QFT, se crean los objetos y aniquilada por los campos, son los cuantos de estos campos. Cada partícula tiene un valor de la masa y es codificada en la "masa plazo". Por ejemplo, para un bosón escalar, el Lagrangiano es $$ L = \frac{1}{2} \partial^\mu \Phi \partial_\mu \Phi - \frac {m_0^2}{2} \Phi^2 $$ ¿Por qué es la misma masa que he definido en el principio? Es debido a que las ecuaciones de campo resultante de la Lagrangiana de arriba son las de Klein-Gordon ecuación $$(-\square - m_0^2 )\Phi =0$$ El llamado ondas planas $$ \Phi = A\exp (ip_\mu x^\mu) $$ soluciones son las más sencillas a las de Klein-Gordon ecuación. El impulso debe obedecer $p_\mu p^\mu =m_0^2$. En el marco del resto, $\Phi$ es independiente del espacio, pero depende del momento, a través de $$\Phi = A\exp(-i m_0 c^2 t / \hbar) $$ donde he restaurado el $c$ $\hbar$ es decir, los habituales de las unidades. Pero la frecuencia angular de esta onda asociada a $\Phi$ está relacionado con la energía a través de la $E=\hbar\omega$, una fórmula básica de la teoría cuántica.

Por lo que la masa $m_0$ es medido como $E/c^2$ en el marco del resto. La energía se calcula a partir de la frecuencia angular $E=\hbar\omega$. Y la frecuencia angular se puede ajustar mediante el ajuste de la masa plazo $-m_0^2/2 \Phi^2$ en el Lagrangiano. Es por eso que esta masa controles a largo plazo de la habitual de masa inercial.

Para fermiones, el cuadro se sustituye por el operador de Dirac y la segunda potencia de $m_0$ se convierte en la primera potencia. Diferentes especies de la partícula tienen diferentes valores de la masa. Anna respuesta está muy bien complementarias y las direcciones de esta parte de la pregunta.

En cualquier caso, la masa es de ninguna manera "redefinido" en la física de partículas. Exactamente de acuerdo con todo lo que se espera de la "masa" en el pasado. Las ecuaciones necesarias para describir la creación y aniquilación de partículas elementales están dadas por QFT y QFT tiene que cambiar el valor de las masas – y es todavía el mismo concepto de "masas" – a través de los "términos de masa".

Answer 2

La física de partículas tiene un conjunto de partículas elementales , algunos de los cuales tienen masa cero.

En esta tabla con el público en general ha oído hablar de los electrones y tal vez el fotón. La masa del electrón ha sido medido en consonancia con la definición clásica de la masa.

La matemática de la teoría de las partículas elementales se llama el modelo estándar y la tabla tiene las masas que entran en el lagrangiano. Estas son las únicas masas que son generados por el mecanismo de Higgs.

Debido al hecho de que la relatividad especial reina en la partícula de dominio, la masa invariante definido como esta masa.

En el caso de las partículas en la tabla de esta masa y la masa en la mesa coinciden. Cuando a pesar de que existen combinaciones de partículas, o compuestos que, como el protón y el neutrón que están compuestos de quarks y gluones, la masa del compuesto es la masa invariante, es decir, la inercia de energía vectores de todos los componentes se suman en la masa invariante de la fórmula definir la masa del compuesto. Es evidente que en este caso el valor intrínseco de masa generados por el mecanismo de Higgs tiene una pequeña parte para jugar. La masa del protón, también se mide por métodos clásicos

Yo me quedo preguntando, por ejemplo, cómo el acoplamiento con el campo de Higgs hace que los electrones rebotan? Y por qué no acaba de dispersión? Y cómo es este proceso invariante de Lorentz? ¿Y por qué el rebote resistir/reaccionar a las fuerzas?

Este es en realidad otra pregunta, sobre cómo el mecanismo de Higgs funciona. Echa un vistazo aquí y aquí . La popularizó explicaciones sólo puede ser aproximaciones.

Answer 3

Ver cómo las otras respuestas mencionar cosas como Lagrange y unos cuantos detalles del Modelo Estándar, creo que la más popular de nivel de explicación es necesaria. Este viene con el escollo de no ser exacta, pero para eso tienes otras fuentes. Voy a sacar un conejo de mi sombrero y respuesta sin una sola (real) de fórmula.

¿Qué significa "masa" significa un físico de partículas? ¿Cómo se relaciona-a/explicar la noción clásica de la misa, y en qué se diferencian?

Sin entrar en definiciones (que usted ha recibido un enlace en el que la sección de comentarios), es importante distinguir entre dos conceptos cuando se habla de la masa.

1. Resto de la masa: esta es la masa de un objeto en reposo, es decir, con 0 de la velocidad.
2. Mide la masa (energía): esta es la masa de un objeto que se mide. Se compone de la masa de reposo, además de una contribución vamos a llamar "movimiento de masas", producido por la no-cero de la velocidad del objeto.

Hay alguna salvedad relativa a los marcos de referencia en relativista de la teoría, pero vamos a saltar.

En la física clásica, los objetos no se mueven lo suficientemente rápido como para causar una distinción. Aquí está un gráfico para darle la idea de que el cambio de medir la masa con la velocidad (como una fracción de la velocidad de la luz):

Cuando hablamos de masa en física de partículas, nos quiere decir que el resto de la masa. Debido a que la medición de la masa depende de la corriente (posiblemente el cambio) de la velocidad, es de poco uso como una definición de la propiedad.

Una nota acerca de la "masa" de partículas

Al leer y escuchar acerca de una "masa" de la partícula, esto significa que su masa es de 0. Ahora se puede pedir "Ya que la medición de la masa se compone de la masa de reposo y el movimiento de masas', y el resto de la masa es 0, ¿qué sucede si el "movimiento de masas", es también 0?" Resulta partículas con 0 resto de la masa se comportan de una forma un poco diferente y debe moverse a la velocidad de la luz. Un fotón es una partícula de luz"), medido en masa depende de su frecuencia en su lugar. Sí, la luz tiene una masa medida. Usted puede ser sorprendido, porque nunca te sientes, pero busque en velas solares para ver que la luz puede empujar a otros objetos.

en el contexto de la física de partículas que escuchar cosas como "computación en la masa"

Por desgracia, no se puede poner de una partícula en una escala y leer su masa como se hace con las patatas en el supermercado. Una idea básica en el cálculo de la masa de una partícula es el uso de la ley de energía-impulso de conservación ("conservación de la materia y la energía", A. K. A. "la ley de intercambio equivalente"). La ley básicamente los estados que lo que entra tiene que salir.

Por realizar suficiente experimentos en un colisionador de partículas, usted tendrá la cantidad suficiente de datos de lo que entra y lo que sale (de medir la masa medida) y será capaz de calcular la masa de reposo.

"tal y tal interacción da un poco de masa"

Este y todos los de Higgs relacionados con la parte es un poco más difícil de explicar porque la mayoría surge de las matemáticas. Yo no iría demasiado en el rebote cosas en el video. Voy a tratar de acercarse a esta desde el punto de vista de las interacciones.

No todas las partículas pueden interactuar con el resto. Por ejemplo, en el mencionado fotón interactúa con las partículas si y sólo si tienen una (distinto de cero) la carga eléctrica. De la partícula de Higgs, usted puede hacer un argumento similar sólo con masa en lugar de la carga eléctrica. Por favor, tenga en cuenta que el Higgs no es equivalente a la de los fotones cuando se trata de la masa de ver el gravitón y esta pregunta. Sin embargo, se puede decir que una partícula tiene masa sólo si interactúa con el Higgs. En este sentido, la partícula de Higgs, "da" a la masa de las partículas.