हिग्स क्रियाविधि और इलेक्ट्रोवीक समरूपता भंग

हिग्स क्रियाविधि बताती है कि कैसे इलेक्ट्रोवीक गेज समरूपता अनायास भंग हो जाती है, जिससे W और Z बोसॉन तथा फर्मियनों को द्रव्यमान मिलता है, जबकि फोटॉन द्रव्यमान रहित रहता है।

Definition

हिग्स क्रियाविधि वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा एक गैर-शून्य निर्वात प्रत्याशा मान वाला एक स्केलर क्षेत्र अनायास SU(2)_L x U(1)_Y इलेक्ट्रोवीक समरूपता को भंग कर देता है, जिससे W और Z बोसॉन को द्रव्यमान मिलता है और, युकावा युग्मन के माध्यम से, आवेशित फर्मियनों को भी द्रव्यमान मिलता है, जबकि एक अवलोकन योग्य स्केलर कण जिसे हिग्स बोसॉन के नाम से जाना जाता है, शेष रहता है।

Scope

यह विषय गेज सिद्धांत पर लागू अनायास समरूपता भंग, स्केलर हिग्स क्षेत्र की भूमिका और उसके गैर-शून्य निर्वात प्रत्याशा मान, तथा परिणामस्वरूप गेज-बोसॉन और फर्मियन द्रव्यमानों की उत्पत्ति को शामिल करता है। यह हिग्स बोसॉन की भविष्यवाणी और 2012 की खोज, फर्मियन द्रव्यमानों को निर्धारित करने वाले युकावा युग्मन, और जिस तरह से यह क्रियाविधि इलेक्ट्रोवीक सिद्धांत की पुनर्सामान्यीकरण क्षमता और गेज अपरिवर्तनीयता को संरक्षित करती है, पर चर्चा करता है।

Core questions

• गेज अपरिवर्तनीयता को स्पष्ट रूप से भंग किए बिना गेज बोसॉन द्रव्यमान कैसे प्राप्त कर सकते हैं?
• हिग्स क्षेत्र के निर्वात प्रत्याशा मान का भौतिक अर्थ क्या है?
• युकावा युग्मन हिग्स क्षेत्र को फर्मियन द्रव्यमानों में कैसे परिवर्तित करते हैं?
• हिग्स बोसॉन का मापा गया द्रव्यमान इलेक्ट्रोवीक निर्वात की स्थिरता के लिए क्या निहितार्थ रखता है?

Key concepts

• अनायास समरूपता भंग
• हिग्स क्षेत्र और निर्वात प्रत्याशा मान
• गोल्डस्टोन बोसॉन और अनुदैर्ध्य ध्रुवीकरण
• W और Z बोसॉन द्रव्यमान उत्पत्ति
• युकावा युग्मन और फर्मियन द्रव्यमान
• हिग्स बोसॉन

Key theories

गेज समरूपता का अनायास भंग

जब एक स्केलर क्षेत्र एक गैर-शून्य निर्वात प्रत्याशा मान प्राप्त करता है, तो गेज समरूपता अनुपस्थित होने के बजाय छिपी होती है, और संभावित गोल्डस्टोन बोसॉन गेज बोसॉन को अनुदैर्ध्य ध्रुवीकरण और द्रव्यमान देने के लिए अवशोषित हो जाते हैं।

फर्मियन द्रव्यमानों की युकावा उत्पत्ति

फर्मियन द्रव्यमान फर्मियन क्षेत्रों और हिग्स क्षेत्र के बीच गेज-अपरिवर्तनीय युकावा युग्मन से उत्पन्न होते हैं, ताकि वही निर्वात प्रत्याशा मान जो बोसॉन को द्रव्यमान देता है, क्वार्क और आवेशित लेप्टॉन के द्रव्यमान को भी निर्धारित करता है।

Mechanisms

इलेक्ट्रोवीक लैग्रेंजियन में एक जटिल स्केलर डबलेट में एक ऐसा विभव होता है जिसका न्यूनतम शून्य क्षेत्र से दूर होता है, इसलिए क्षेत्र एक गैर-शून्य निर्वात प्रत्याशा मान में स्थिर हो जाता है। इस न्यूनतम के चारों ओर विस्तार करने पर, चार स्केलर स्वतंत्रता की कोटियों में से तीन W और Z बोसॉन के अनुदैर्ध्य मोड बन जाती हैं, जिससे उन्हें द्रव्यमान मिलता है, जबकि शेष रेडियल उत्तेजना भौतिक हिग्स बोसॉन होती है; फोटॉन द्रव्यमान रहित रहता है क्योंकि अखंडित विद्युत चुम्बकीय U(1) बना रहता है।

Clinical relevance

2012 में लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर में ATLAS और CMS प्रयोगों द्वारा हिग्स बोसॉन की खोज ने मानक मॉडल के अंतिम लापता घटक की पुष्टि की, और इसके युग्मन के चल रहे माप यह परीक्षण करते हैं कि क्या देखा गया कण मानक मॉडल की भविष्यवाणी के अनुसार व्यवहार करता है या नई भौतिकी का संकेत देता है।

History

यह क्रियाविधि 1964 में एंग्लर्ट और ब्राउट द्वारा, हिग्स द्वारा, और गुरलनिक, हेगन और किब्बल द्वारा स्वतंत्र रूप से प्रस्तावित की गई थी, जिसमें दिखाया गया था कि गेज बोसॉन अनायास समरूपता भंग के माध्यम से द्रव्यमान प्राप्त कर सकते हैं। वेनबर्ग और सलाम ने बाद में दशक में इसे इलेक्ट्रोवीक सिद्धांत में शामिल किया, और अनुमानित स्केलर बोसॉन को अंततः 2012 में CERN में देखा गया, जिससे एंग्लर्ट और हिग्स को 2013 का नोबेल पुरस्कार मिला।

Key figures

• Peter Higgs
• Francois Englert
• Robert Brout
• Steven Weinberg

Seminal works

• higgs1964
• eng04brout1964
• atlas2012

Frequently asked questions

क्या हिग्स क्षेत्र सभी कणों को द्रव्यमान देता है?

यह W और Z बोसॉन और प्राथमिक फर्मियनों को उनके युग्मन के माध्यम से द्रव्यमान देता है, लेकिन सामान्य पदार्थ का अधिकांश द्रव्यमान वास्तव में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के भीतर क्वार्क और ग्लूऑन की बंधन ऊर्जा से आता है, न कि सीधे हिग्स क्षेत्र से।

क्या हिग्स बोसॉन हिग्स क्षेत्र के समान है?

नहीं। हिग्स क्षेत्र पूरे अंतरिक्ष में व्याप्त है और समरूपता भंग के लिए जिम्मेदार है, जबकि हिग्स बोसॉन उस क्षेत्र का अवलोकन योग्य क्वांटाइज्ड उत्तेजना है जिसे LHC में पता लगाया गया है।