🤪 🤜🏽 ⛹🏿 希格斯场的工作原理：基本思想 🚙 👨🏼‍💼 👨‍🎤

了解粒子物理学：
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2. 弹簧上的量子球
3. 波浪，经典外观
4. 波浪，经典的运动方程
5. 量子波
6. 领域
7. 粒子是量子
8. 粒子如何与场相互作用

希格斯场如何工作：

如果阅读我有关粒子和场物理学的系列文章，您会知道一切都是所谓的。 “基本粒子”实际上是相对论量子场的量子（振幅和能量是量子力学所允许的最小值）。这样的场通常满足以下形式的1类运动方程（或其推广）：

（ ） （ ）

$d ^ 2Z / dt ^ 2-c ^ 2 d ^ 2Z / dx ^ 2 =-（2 \ pi \ nu_ {min}）^ 2（Z-Z_0）$

其中Z（x，t）是场，Z ₀是平衡状态，x是空间，t是时间，d ² Z / dt ²是时间随时间变化的变化Z（d ² Z / dx ²对于空间是相同的），c是通用速度极限（通常称为“光速”），νmin是场中波的最小允许频率。一些字段满足0级方程，这只是其中v _min为零的1级方程。这种场的量子具有质量

$m = h \ nu_ {min} / c ^ 2$

其中h是普朗克常数。换句话说，

（ ） （ ）

$d ^ 2Z / dt ^ 2-c ^ 2 d ^ 2Z / dx ^ 2 =-（2 \ pi c ^ 2 / h）^ 2 m ^ 2（Z-Z_0）$

所有这一切仅在一定程度上是正确的。如果所有字段都满足类0或类1的方程，则在宇宙中将不会发生任何事情。量子只会飞过彼此，什么也不做。既没有散射，也没有碰撞，也没有形成质子或原子之类的有趣事物。因此，让我们介绍一个常见的，有趣的并且需要实验的添加。

想象两个字段，S（x，t）和Z（x，t）。想象一下，S（x，t）和Z（x，t）的运动方程将分别是1类和0类方程的改变版本，也就是说，粒子S将是质量，而粒子Z将是无质量。现在，假设S ₀和Z ₀的平衡值为零。

$d ^ 2S / dt ^ 2-c ^ 2 d ^ 2S / dx ^ 2 =-（2 \ pi c ^ 2 / h）^ 2 m_S ^ 2 S \\ d ^ 2Z / dt ^ 2-c ^ 2 d ^ 2Z / dx ^ 2 = 0$

我们以普遍存在于现实世界中的方式使方程复杂化。具体来说，它们包含S（x，t）乘以Z（x，t）的附加项。

$d ^ 2S / dt ^ 2-c ^ 2 d ^ 2S / dx ^ 2 =-（2 \ pi c ^ 2 / h）^ 2（m_S ^ 2 S + y ^ 2 SZ ^ 2）\\ d ^ 2Z / dt ^ 2-c ^ 2 d ^ 2Z / dx ^ 2 =-（2 \ pi c ^ 2 / h）^ 2 y ^ 2 S ^ 2 Z$

回想一下，S和Z是S（x，t）和Z（x，t）的缩写，它们在空间和时间上有所不同。其他所有内容（c，h，y，m _S ）都是与空间和时间无关的常数。参数y是一个数字，通常在0到1之间，出于历史原因，称为“ 汤川参数”。

在粒子物理学中几乎所有情况下，场S（x，t）和Z（x，t）与其平衡状态S ₀和Z ₀的偏差_都非常小。由于我们假设S ₀ = 0和Z ₀ = 0，这意味着S和Z本身很小：S和Z中的任何波都将具有较小的振幅（通常它们将由一个量子组成），并且尽管是自发的量子扰动不断发生（它们通常被称为虚拟粒子，在粒子和场的文章中被描述为量子震颤），这些扰动的振幅也很小（尽管有时非常重要）。如果S小，Z小，那么SZ确实小。由于y小，因此在许多情况下，项y ² SZ ²和y ² S ² Z小到足以忽略不计。

具体来说，在计算“粒子”（即量子）S和Z的质量时，可以忽略它们。要了解粒子S是什么，我们需要考虑波S（x，t），非常考虑Z（x，t）小。要了解粒子Z是什么，我们需要考虑波Z（x，t），并考虑S（x，t）很小。一旦我们忽略了附加项y ² SZ ²和y ² S ² Z，场S和Z都将满足类0或1的简单运动方程式，我们从中开始，由此推断出粒子S的质量等于m _S ，粒子Z的质量为零。

现在想象一个世界，其中Z ₀为零而S ₀不是。我们稍微改变一下方程：

$d ^ 2S / dt ^ 2-c ^ 2 d ^ 2S / dx ^ 2 =-（2 \ pi c ^ 2 / h）^ 2（m_S ^ 2 [S-S_0] + y ^ 2 SZ ^ 2） \\ d ^ 2Z / dt ^ 2-c ^ 2 d ^ 2Z / dx ^ 2 =-（2 \ pi c ^ 2 / h）^ 2 y ^ 2 S ^ 2 Z$

同样，S和Z是空间和时间的函数，但是其他所有元素（包括S ₀ ）都是常量。在这种情况下，Z（x，t）很小，但是S（x，t）很小！在这种情况下，记录

$S（x，t）= S_0 + s（x，t）$

其中s是S从平衡状态S _0的变化。我们可以说s（x，t）是字段S（x，t）的移位版本。粒子物理学中的大多数时间都保持在其平衡状态附近的说法等同于s（x，t）很小的事实，而不是S（x，t）很小的事实。将最后一个方程式代入S和Z的两个方程式集合中，并记住S ₀是一个常数，因此d S ₀ / dt = 0且dS ₀ / dx = 0，我们得到：

$d ^ 2s / dt ^ 2-c ^ 2 d ^ 2s / dx ^ 2 =-（2 \ pi c ^ 2 / h）^ 2（m_S ^ 2 s + y ^ 2 [S_0 + s] Z ^ 2 ）$

$d ^ 2Z / dt ^ 2-c ^ 2 d ^ 2Z / dx ^ 2 =-（2 \ pi c ^ 2 / h）^ 2 y ^ 2 [S_0 + s] ^ 2 Z =-（2 \ pi c ^ 2 / h）^ 2 y ^ 2（S_0 ^ 2 + 2 s S_0 + s ^ 2）Z$

和以前一样，如果我们需要知道场S和Z的量子质量，我们可以舍弃包含两个或多个小场相乘的方程式中的任何一项-像Z ²或s Z ²或sZ或s ² Z一样的项。让我们来看一下，如果仅保留仅包含一个字段的成员，将保留什么：

$d ^ 2s / dt ^ 2-c ^ 2 d ^ 2s / dx ^ 2 =-（2 \ pi c ^ 2 / h）^ 2 m_S ^ 2 s + ...$

$d ^ 2Z / dt ^ 2-c ^ 2 d ^ 2Z / dx ^ 2 =-（2 \ pi c ^ 2 / h）^ 2 y ^ 2 S_0 ^ 2 Z + ...$

（“ + ...”提醒我们已经排除了某些东西）。由于所有新项y ² [S ₀ + s] Z ²至少包含Z的两次幂，因此字段s的方程式变化不大。但是在字段Z的方程式中，我们不能忽略项y ² [S ₀ + s] ² Z，因为它包含形式为y ² S ₀ ² Z的成员，该成员仅包含一个字段。因此，尽管场S的量子仍满足类别1的等式并且具有质量m _S ，但是场Z的量子不满足类别0的等式！现在它满足1类方程式：

$d ^ 2Z / dt ^ 2-c ^ 2 d ^ 2Z / dx ^ 2 =-（2 \ pi c ^ 2 / h）^ 2 y ^ 2 S_0 ^ 2 Z$

因此，场Z的量子现在具有质量！

$m_Z = y S_0$

由于场S和Z与力y的简单相互作用，因此场S的非零平衡值S ₀使量子Z的质量与y和S ₀成比例。

场S的非零值使场Z的粒子具有质量！

精细打印：即使由于某种原因粒子Z的质量m _Z最初不为零，粒子Z的质量也会偏移。

$m_ {Z_ {new}} = [m_Z ^ 2 + y ^ 2 S_0 ^ 2] ^ {1/2}$

（我记得x ^1/2等于√x）。

因此，实际上，希格斯场H（x，t）使粒子具有质量。事实证明，对于所有已知粒子σ（希格斯粒子本身除外），相应场Σ（x，t）的运动方程都是0类方程，乍一看，它表明粒子σ是无质量的。但是，在许多此类场的运动方程中，存在附加项，包括形式项

$y_ \ sigma ^ 2 [H（x，t）] ^ 2 \ Sigma（x，t）$

其中_yσ是汤川参数，对于每个场都是唯一的，表示场H和Σ之间相互作用的强度。在这种情况下，希格斯场H（x，t）= H ₀的非零平均值会将最小波频率Σ以及粒子质量σ从零移动到非零值：

$m_ \ sigma = y_ \ sigma H_0$ 。用于自然界各个领域的各种汤川参数导致自然界中“粒子”（更确切地说是量子）之间质量的多样性。

注意，希格斯粒子与此无关。希格斯粒子-希格斯场的量子-是H（x，t）中最小能量的脉动，H是取决于空间和时间的小波。其他已知自然粒子的质量由希格斯场的非零平衡常数H（x，t）= H ₀给出，该常数遍布整个宇宙。这个永恒且无处不在的常数与希格斯粒子非常不同，希格斯粒子是随时间和空间变化，局部且短暂的涟漪。

这是主要思想。在本文中，我没有揭示很多明显的问题-方程中为什么必须包含两个或多个字段乘积的项（这些项的重要性可以在此处找到）？如果没有希格斯场，为什么已知粒子将是无质量的？为什么希格斯场的平衡值不为零，但对于其他大多数场却不是这样？希格斯粒子与这一切有何关系？在以下文章中，我将尝试揭示这些主题和其他主题。

希格斯场的工作原理：基本思想

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