¿Qué tiene que ver el bosón de Higgs con el principio de incertidumbre y las oscilaciones cuánticas?

Question

El otro día estaba mirando en New Scientist cuando vi algo relacionado con el bosón de Higgs, los niveles de energía, la entropía, el espacio/tiempo, las oscilaciones cuánticas y muchas otras cosas. Era un artículo sobre simetría. He leído sobre el tema y sé que la revista no acepta trabajos originales, así que supongo que se trata de física convencional.

Lo anterior es un diagrama de lo que estoy hablando. Así es como aparece en la revista:

Según la NS, una bola (como la azul de arriba) que se encuentra en la parte superior de un trozo de espacio/tiempo deformado como éste tiene un nivel de energía y una posición inestables. Al menor empujón, "caerá" a un estado energético inferior y las oscilaciones cuánticas (que se producen al "rodar" arriba y abajo del "pozo") causadas por el principio de incertidumbre crean bosones de Higgs en el campo de Higgs.

He reflexionado sobre ello repetidamente, y sigue pareciendo un disparate (incluso a los ojos de la física cuántica). Lo que quiero saber es: ¿se ha considerado esto cierto o es un "completo disparate"? Y si es así, ¿cómo puede el principio de incertidumbre hacer que ocurran tales cosas?

--ADICIÓN A LA PREGUNTA--

Lo que no entiendo es cómo el vacío genera partículas de Higgs si no tiene masa, a no ser que la esté intercambiando con energía.

¿Qué está ocurriendo realmente (la revista no lo ha descrito con suficiente detalle para que yo lo entienda)?

(Me cuesta visualizarlo; es un concepto totalmente nuevo de visualizar para mí).

Answer 1

El "Potencial del Sombrero Mexicano" (aunque ahora se denomina más políticamente "Potencial de la Botella de Champán" por la batea en la base) es la curva de energía potencial para el valor de expectativa en el vacío (VEV) del campo de Higgs. Piense que el punto azul es "el vacío" y que la dirección radial aumenta la fuerza de un campo de fondo que impregna todo el espacio de manera uniforme. Cuando el radio es cero (en la cima de la colina), no hay campo de fondo, pero el vacío no está en su estado fundamental (mínima energía). Por tanto, es inestable y las fluctuaciones cuánticas harán que se sacuda un poco en una dirección y ruede hacia el fondo, de modo que el campo de Higgs adquiere un VEV. Esto se llama el decaimiento del vacío, y ocurrió hace mucho tiempo (es posible que todavía estemos en un metaestable y el vacío podría decaer al verdadero estado sólido). Como mínimo, todo el universo está lleno de un campo de Higgs de fondo uniforme de "fuerza" 246 GeV. Nótese que NO se trata de partículas de Higgs, sino de un campo de fondo a través del cual deben moverse todas las demás partículas. El acoplamiento de interacción con el campo de Higgs es lo que da masa a las partículas; al igual que una bala a través de gelatina se ralentiza, un quark top masivo interactúa fuertemente con el campo y se "ralentiza" (se hace más masivo).

Como siempre, las fluctuaciones cuánticas (encarnadas por el principio de incertidumbre) continuarán sacudiendo el estado de vacío hacia adelante y hacia atrás a lo largo de una línea radial, y estas oscilaciones dan lugar a las partículas de Higgs (la "inclinación" de la curva es lo que da al Higgs su masa particular, 126 GeV). Obsérvese que también puede haber balanceo a lo largo del círculo en la parte inferior de forma "gratuita" (no cuesta energía). Estos movimientos están asociados a los bosones de Goldstone sin masa que son "comidos" por el bosones vectoriales débiles para darles una masa (la masividad de la $W^{\pm}$ y $Z$ bosones es la razón por la que muchas desintegraciones nucleares tardan un tiempo, y una de las razones por las que las fuerzas nucleares tienen un alcance tan corto).