Почему фотоны, в отличие, например, от электронов, не взаимодействуют с полем Хиггса?
ОТВЕТ
В первоначальной формулировке теории электрослабых взаимодействий у нас нет фотонного (электромагнитного) поля, но есть три аналогичных W-поля и одно B-поле. Все они взаимодействуют с полем Хиггса, которое мы описываем четырьмя вещественными полями.
Поле Хиггса принимает в вакууме такое значение, при котором достигается минимальная плотность энергии вакуума. Это значение оказывается ненулевым, и поэтому некоторые W- и B-бозоны становятся массивными.
Однако детальный расчет показывает, что существует смесь одного из W-бозонов с B-бозоном, которая остается безмассовой. Более точно: поле Хиггса состоит из четырех реальных полей, которые можно представить себе как компоненты вектора в некотором четырехмерном пространстве. Этот вектор принимает ненулевое значение в вакууме, в абсолютно любом направлении в этом пространстве.
Независимо от выбранного направления, всегда существует некоторая смесь W и B полей, которая не взаимодействует непосредственно с возбуждениями поля Хиггса в этом конкретном направлении. Мы называем эту смесь электромагнитным полем.
Таким образом, по определению, электромагнитное поле является такой смесью W и B полей, которая не наделяется массой полем Хиггса и, следовательно, не взаимодействует непосредственно с физическим бозоном Хиггса. Это означает, что бозон Хиггса имеет нулевой электромагнитный заряд. Однако это не мешает ему распадаться на два фотона через виртуальные пары заряженных частиц.
Можно также спросить, что происходит с возбуждениями поля Хиггса в других направлениях, отличных от того, которое определяется вакуумным значением. За ответ на этот вопрос Нобелевская премия в 2013 году была присуждена Энглерту и Хиггсу.
Оказывается, что эти поля могут быть поглощены тремя другими смесями W и B полей, именно теми, которые становятся массивными благодаря ненулевому вакуумному значению поля Хиггса. После поглощения каждая из этих массивных смесей имеет три физические степени свободы (и имела бы только две, если бы была безмассовой).
Фотон взаимодействует непосредственно со всеми степенями свободы массивных W-бозонов, т.е. он также взаимодействует с возбуждениями поля Хиггса в некоторых направлениях, перпендикулярных его вакуумному значению.
Поэтому эти возбуждения имеют ненулевой электрический заряд. Электрически нейтральная, но массивная смесь W- и B-бозонов называется Z-бозоном. Распады заряженных массивных W-бозонов и нейтральных массивных Z-бозонов впервые наблюдались в ЦЕРНе в 1983 году, через несколько лет после построения теории электрослабых взаимодействий, предсказывающей их существование.
Комментарии
Отправить комментарий