¿Es el Higgs un campo cuántico o una partícula?

Question

El Higgs no se detecta en los datos asintóticos, por lo que es posible que no exista una interpretación de partículas para el campo cuántico del Higgs. De hecho, el potencial de Higgs sólo es positivo definido si se incluye el término cuártico --- el término cuadrático corresponde a un término de masa negativo. Parece, por tanto, que el campo de Higgs no tiene un espectro de masa en la cáscara, por lo que no hay una interpretación directa de las partículas.

Se puede decir que existe una teoría del campo efectivo en la que hay una resonancia cerca de una masa determinada que llamaremos el Higgs resonancia pero en ausencia de un espectro de masa puro (es decir, si hay un espectro de masa continuo), en general se considera en la QFT que no hay interpretación de las partículas. La resonancia claramente no es una $\delta$ -función, así que ¿hay alguna otra forma precisa en la que podamos llamar al Higgs una partícula?

Por supuesto, esto no cuestiona la eficacia empírica del Modelo Estándar de la Física de Partículas, sólo se pregunta sobre su interpretación y sobre cómo ponemos las Matemáticas en palabras.

Me ha llamado la atención la observación de Rolf Heuer (esta mañana) de que se trata de la primera observación de una partícula escalar. De hecho, según el SM, no hay campos cuánticos que tengan términos de masa distintos de cero en ausencia de interacciones. En ausencia de interacciones, el campo de Higgs es un campo escalar sin masa. ¿Debemos decir que es el Higgs interacción que da masa al modelo estándar? (EDIT: ¿Es mejor decir que cada término que no es cuadrático en los campos contribuye hacia las masas efectivas de cada uno de los campos observados asintóticamente? O qué fraseo alternativo se acerca más a las Matemáticas de los campos que interactúan).

EDIT(2, $\scriptstyle\mathsf{see\ below\ for\ the\ comment\ that\ prompted\ this\ possible\ rephrasing}$ ): ¿Hay alguna parte de la definición de "partícula" que no sea una cuestión de convención? ¿El bosón de Higgs cruza ese listón?

Answer 1

El Higgs no se detecta en los datos asintóticos, por lo que es posible que no exista una interpretación de partículas para el campo cuántico del Higgs.

Posible pero no plausible. La interpretación de las partículas sale de la teoría cuántica de la teoría cuántica de campos, por lo que si se quiere eliminar una partícula pero mantener el campo, parece que habrá que sustituir también gran parte de la QFT. No es una tarea fácil. Nótese que hay otros campos cuyas partículas no han sido detectadas asintóticamente --- el quark top es sólo un ejemplo --- así que el Higgs no es especial en este sentido.

De hecho, el potencial de Higgs sólo es positivo definido si se incluye el término cuártico --- el término cuadrático corresponde a un término de masa negativo. Parece, por tanto, que el campo de Higgs no tiene un espectro de masa en la cáscara, por lo que no hay una interpretación directa de las partículas.

Este es un error común. Para tener una teoría con una espectro de partículas, hay que considerar las perturbaciones cerca de un estable al vacío. En vacío, no es necesario que los campos escalares como el Higgs tengan un valor valor de expectativa cero. En el caso del Higgs, en el valor de expectativa cero no tenemos no tenemos un vacío estable, por lo que no tiene sentido discutir el espectro de masa allí, como usted dice. Pero lo correcto es considerar el campo cerca de el valor donde su potencial es mínimo, es decir, escribir $\phi = \phi_0 + \delta\phi$ donde el potencial $V$ se minimiza en $\phi_0$ y $\delta\phi$ es el campo dinámico. El campo $\delta\phi$ tiene un efecto positivo masa al cuadrado, y esto es lo que llamamos la masa de la partícula de Higgs.

Tenga en cuenta que desplazar el campo también es lo más realista, porque $\phi$ realmente lo hace tiene un valor de expectativa no nulo en la naturaleza.

Se puede decir que existe una teoría de campo efectivo en la que hay una resonancia cerca de una masa dada que llamaremos la resonancia de Higgs, pero en ausencia de un espectro de cáscara de masa pura (es decir, si hay un espectro de masa continuo), generalmente se toma en QFT que no hay interpretación de partículas. La resonancia no es claramente una función δ, así que ¿hay alguna otra forma precisa en la que podamos llamar al Higgs una partícula?

El hecho de que la resonancia tenga una anchura (y no sea una $\delta$ -) es verdadera para todas las partículas que pueden decaer. Es una cuestión de semántica si se quiere llamar a tales resonancias, y los físicos han decidido que tiene sentido hacerlo. Pero, de nuevo, hay que tener en cuenta que el bosón de Higgs no es el único que tiene una anchura: la superior, $W$ , $Z$ y otras partículas fundamentales también tienen esta propiedad. ¿Quiere dejar de llamarlas también partículas?

Me ha llamado la atención la observación de Rolf Heuer (esta mañana) de que se trata de la primera observación de una partícula escalar.

Es la primera observación de un fundamental partícula escalar. Los piones han sido observados hace mucho tiempo.

De hecho, según el SM, no hay campos cuánticos que tengan términos de masa distintos de cero en ausencia de interacciones. En ausencia de interacciones, el campo de Higgs es un campo escalar sin masa. ¿Debemos decir que es la interacción de Higgs la que da masa al modelo estándar?

Si decir que es el campo de Higgs o sus interacciones lo que da masa a otras partículas es una cuestión semántica. Ciertamente, ambos son necesarios.

¿Hay alguna parte de la definición de "partícula" que no sea una cuestión de convención? ¿El bosón de Higgs cruza ese listón?

Las partículas son las excitaciones perturbadoras de los campos cuánticos. Una vez que se expande alrededor del vacío correcto, como he explicado anteriormente, esta definición se aplica a la partícula de Higgs también.

Answer 2

¿Cuál es la diferencia entre un campo descrito por $E=E_{0}\sin(\omega t)$ y un campo descrito por $\phi = \phi_{0}+ \phi_{1}\sin(\omega t)$ ? La partícula es la excitación del campo, no el campo mismo. La única diferencia entre el Higgs y cualquier otra cosa es que sus vibraciones son relativas a un fondo no nulo, en lugar de al vacío. No hay nada en la ecuación de Maxwell que te impida cuantificar alrededor de fondos no nulos, por cierto.