In base alla teoria quantistica dei campi, che ripeto è alla base del MS, ogni tipo di campo genera la corrispondente particella: il campo elettronico è la sorgente degli elettroni e il campo di Higgs è la sorgente delle particelle di Higgs, dette anche bosoni di Higgs. Così come le altre particelle pesanti, tipo i quark bottom e top, non ci si aspetta di trovare una particella di Higgs nella materia ordinaria, così è necessario ricorrere ad esperimenti ad alta energia (come LHC).
Poiché non è ancora stata osservata tale particella, non si conosce l'esatta forma del campo ad essa associato, quindi sono stati proposti, negli anni, diversi modelli per il meccanismo di Higgs. Io nel seguito farò riferimento sempre alla spiegazione che ho trovato in quel libro, in quanto è l'unica che ho capito a fondo – assieme ad una trattazione semplificata (ma neanche tanto) fatta a lezione.
Supponiamo che esistano dei campi di Higgs in grado di produrre particelle e che possano avere un valore diverso da zero anche in assenza di particelle. Siamo cioè in una condizione di falso vuoto, per ricollegarmi con qualche post fa. Supponiamo che la carica trasportata da questi campi sia una carica debole: il fatto di avere un valore diverso da zero del campo significa che lo spazio è completamente riempito con questa carica debole. Tale carica è quindi la carica del vuoto.
I bosoni di gauge deboli interagiscono con questa carica debole, come fanno con tutte le altre cariche deboli. Quindi, la carica del vuoto impedisce ai bosoni di gauge deboli di trasmettere le forze a grandi distanze. Dovete immaginare che la carica debole sia spalmata in maniera molto sottile, cosicché a distanze corte i bosoni di gauge sono liberi di muoversi perché incontrano poca carica debole. Ma su grandi distanze, la carica debole che incontrano è sempre di più ed è come se fossero bloccati. Quanta carica incontrano dipende dalla densità di carica che dipende a sua volta dal valore del campo di Higgs. Quindi, per bosoni di gauge deboli di bassa energia è impossibile percorrere lunghe distanze.
L'ostacolo che si oppone al moto di questi bosoni deboli ci dice che essi si comportano come se avessero massa: la presenza della carica debole diversa da zero ostacola il viaggio dei bosoni di gauge deboli e fa sì che essi si comportino proprio come dovrebbero, in accordo con le osservazioni. In pratica è come se ci fosse una forza d'attrito viscoso tra il bosone e il pavimento dello spazio in cui si muove, tale per cui la particella viene frenata e si comporta come se avesse una massa diversa da zero. Ciononostante, per piccole distanze – leggi per alte energie – il cammino dei bosoni di gauge non viene interrotto perché la carica debole del campo di Higgs non influisce sui bosoni.
La simmetria viene cioè conservata per distanze brevi (alte energie) ma viene rotta spontaneamente per distanze elevate (basse energie), che è proprio quello che ci voleva per la risoluzione del nostro problema.
E' possibile stimare l'energia alla quale avviene la rottura di simmetria attraverso i bosoni di gauge stessi: se la loro energia è superiore ad un certo valore, la simmetria viene rispettata e non ci sono problemi; se invece la loro energia diminuisce, la simmetria si rompe e i bosoni acquistano massa. E' dunque evidente che l'energia a cui avviene tale transizione deve essere dello stesso ordine di grandezza della massa dei bosoni di gauge deboli, ovvero di circa 100 GeV (in particolare essa è 250 GeV).
Finora ho parlato solamente di bosoni di gauge deboli, ma questi ragionamenti valgono anche per i leptoni e i quarks. Anch'essi, alle basse energie, vengono “frenati” dal campo di Higgs e, oltre questa soglia, si comportano come se avessero massa nulla. Se lo desiderate, posso scrivere qualche post su questo argomento, e far vedere come le tre interazioni fondamentali si riuniscano in un contesto ben più grande: la Grande Unificazione. Vedremo perché il gruppo SU(5) è un valido candidato per questo insieme di teorie ma che pone dei problemi in più, come ad esempio la presenza di altri due bosoni sconosciuti.
Poiché non è ancora stata osservata tale particella, non si conosce l'esatta forma del campo ad essa associato, quindi sono stati proposti, negli anni, diversi modelli per il meccanismo di Higgs. Io nel seguito farò riferimento sempre alla spiegazione che ho trovato in quel libro, in quanto è l'unica che ho capito a fondo – assieme ad una trattazione semplificata (ma neanche tanto) fatta a lezione.
Supponiamo che esistano dei campi di Higgs in grado di produrre particelle e che possano avere un valore diverso da zero anche in assenza di particelle. Siamo cioè in una condizione di falso vuoto, per ricollegarmi con qualche post fa. Supponiamo che la carica trasportata da questi campi sia una carica debole: il fatto di avere un valore diverso da zero del campo significa che lo spazio è completamente riempito con questa carica debole. Tale carica è quindi la carica del vuoto.
I bosoni di gauge deboli interagiscono con questa carica debole, come fanno con tutte le altre cariche deboli. Quindi, la carica del vuoto impedisce ai bosoni di gauge deboli di trasmettere le forze a grandi distanze. Dovete immaginare che la carica debole sia spalmata in maniera molto sottile, cosicché a distanze corte i bosoni di gauge sono liberi di muoversi perché incontrano poca carica debole. Ma su grandi distanze, la carica debole che incontrano è sempre di più ed è come se fossero bloccati. Quanta carica incontrano dipende dalla densità di carica che dipende a sua volta dal valore del campo di Higgs. Quindi, per bosoni di gauge deboli di bassa energia è impossibile percorrere lunghe distanze.
L'ostacolo che si oppone al moto di questi bosoni deboli ci dice che essi si comportano come se avessero massa: la presenza della carica debole diversa da zero ostacola il viaggio dei bosoni di gauge deboli e fa sì che essi si comportino proprio come dovrebbero, in accordo con le osservazioni. In pratica è come se ci fosse una forza d'attrito viscoso tra il bosone e il pavimento dello spazio in cui si muove, tale per cui la particella viene frenata e si comporta come se avesse una massa diversa da zero. Ciononostante, per piccole distanze – leggi per alte energie – il cammino dei bosoni di gauge non viene interrotto perché la carica debole del campo di Higgs non influisce sui bosoni.
La simmetria viene cioè conservata per distanze brevi (alte energie) ma viene rotta spontaneamente per distanze elevate (basse energie), che è proprio quello che ci voleva per la risoluzione del nostro problema.
E' possibile stimare l'energia alla quale avviene la rottura di simmetria attraverso i bosoni di gauge stessi: se la loro energia è superiore ad un certo valore, la simmetria viene rispettata e non ci sono problemi; se invece la loro energia diminuisce, la simmetria si rompe e i bosoni acquistano massa. E' dunque evidente che l'energia a cui avviene tale transizione deve essere dello stesso ordine di grandezza della massa dei bosoni di gauge deboli, ovvero di circa 100 GeV (in particolare essa è 250 GeV).
Finora ho parlato solamente di bosoni di gauge deboli, ma questi ragionamenti valgono anche per i leptoni e i quarks. Anch'essi, alle basse energie, vengono “frenati” dal campo di Higgs e, oltre questa soglia, si comportano come se avessero massa nulla. Se lo desiderate, posso scrivere qualche post su questo argomento, e far vedere come le tre interazioni fondamentali si riuniscano in un contesto ben più grande: la Grande Unificazione. Vedremo perché il gruppo SU(5) è un valido candidato per questo insieme di teorie ma che pone dei problemi in più, come ad esempio la presenza di altri due bosoni sconosciuti.
7 commenti:
ti dico solo che nel gioco SPORE quando carichi la fase "spazio" tra i messaggi di caricamento appare "mediazione del campo di Higgs". sono morto dal ridere: geniale.
Spettacolare!
Che begli argomenti. Solo una cosa estetica: preferivo quando i margini dei post erano più larghi.
Filippo, io credo invece che così si capisce di più. Mi pare di aver letto da qualche parte che men parole ci sono in una riga e meglio si legge. Comunque, il fatto è che sti font sono maledetti: il post è scritto in Lucida Grande ma si legge in Times New Roman o in Verdana. Bah.
Meno
parole
ci
sono
in
una
riga
e
meglio
si
legge.
:(|)
Non stracciarla adesso :)
Comunque se ci pensi è vero: i libri, ad esempio, hanno pochi caratteri per riga. E lo stesso LaTeX. Ah, ecco dove l'avevo letto! Nel manuale di LaTeX (paragrafo 1.2.2 e anche più avanti)!
M
e
n
o
p
a
r
o
l
e
c
i
s
o
n
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n
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n
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r
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g
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m
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g
l
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s
i
l
e
g
g
e
.
:)
A parte gli scherzi è vero, l'ho letto anch'io lì. Mi pare di ricordare che l'ideale per una pagina A4 è circa 60 caratteri per riga, ma non so se mi ricordo giusto.
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