Mekanisme Higgs dan Pemutusan Simetri Elektroweak

Mekanisme Higgs menjelaskan bagaimana simetri gauge electroweak diputus secara spontan, memberikan massa pada boson W dan Z serta fermion, sementara foton tetap tak bermassa.

Definition

Mekanisme Higgs adalah proses di mana medan skalar dengan nilai ekspektasi vakum bukan nol secara spontan memutus simetri electroweak SU(2)_L x U(1)_Y, memberikan massa pada boson W dan Z dan, melalui kopling Yukawa, pada fermion bermuatan, sambil menyisakan partikel skalar yang dapat diamati yang dikenal sebagai boson Higgs.

Scope

Topik ini mencakup pemutusan simetri spontan yang diterapkan pada teori gauge, peran medan skalar Higgs dan nilai ekspektasi vakumnya yang bukan nol, serta pembentukan massa boson gauge dan fermion yang dihasilkan. Ini membahas prediksi dan penemuan boson Higgs pada tahun 2012, kopling Yukawa yang menentukan massa fermion, dan cara mekanisme tersebut mempertahankan renormalisabilitas dan invarian gauge dari teori electroweak.

Core questions

• Bagaimana boson gauge dapat memperoleh massa tanpa secara eksplisit memutus invarian gauge?
• Apa makna fisik dari nilai ekspektasi vakum medan Higgs?
• Bagaimana kopling Yukawa menerjemahkan medan Higgs menjadi massa fermion?
• Apa implikasi massa terukur boson Higgs terhadap stabilitas vakum electroweak?

Key concepts

• Pemutusan simetri spontan
• Medan Higgs dan nilai ekspektasi vakum
• Boson Goldstone dan polarisasi longitudinal
• Pembentukan massa boson W dan Z
• Kopling Yukawa dan massa fermion
• Boson Higgs

Key theories

Pemutusan spontan simetri gauge

Ketika medan skalar memperoleh nilai ekspektasi vakum bukan nol, simetri gauge tersembunyi daripada tidak ada, dan boson Goldstone yang seharusnya diserap untuk memberikan polarisasi longitudinal dan massa pada boson gauge.

Pembentukan massa fermion oleh Yukawa

Massa fermion muncul dari kopling Yukawa yang invarian gauge antara medan fermion dan medan Higgs, sehingga nilai ekspektasi vakum yang sama yang memberikan massa pada boson juga menentukan massa kuark dan lepton bermuatan.

Mechanisms

Dalam Lagrangian electroweak, doublet skalar kompleks memiliki potensial yang minimumnya terletak jauh dari medan nol, sehingga medan tersebut menempati nilai ekspektasi vakum bukan nol. Dengan memperluas di sekitar minimum ini, tiga dari empat derajat kebebasan skalar menjadi mode longitudinal boson W dan Z, menyediakan massanya, sementara eksitasi radial yang tersisa adalah boson Higgs fisik; foton tetap tak bermassa karena U(1) elektromagnetik yang tidak terputus tetap ada.

Clinical relevance

Penemuan boson Higgs oleh eksperimen ATLAS dan CMS di Large Hadron Collider pada tahun 2012 mengkonfirmasi bahan terakhir yang hilang dari Model Standar, dan pengukuran koplingnya yang sedang berlangsung menguji apakah partikel yang diamati berperilaku persis seperti yang diprediksi Model Standar atau mengisyaratkan fisika baru.

History

Mekanisme ini diusulkan secara independen pada tahun 1964 oleh Englert dan Brout, oleh Higgs, dan oleh Guralnik, Hagen, dan Kibble, menunjukkan bahwa boson gauge dapat memperoleh massa melalui pemutusan simetri spontan. Weinberg dan Salam menggabungkannya ke dalam teori electroweak di kemudian hari, dan boson skalar yang diprediksi akhirnya diamati di CERN pada tahun 2012, yang mengarah pada Hadiah Nobel 2013 untuk Englert dan Higgs.

Key figures

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

Seminal works

• higgs1964
• eng04brout1964
• atlas2012

Frequently asked questions

Apakah medan Higgs memberikan massa pada semua partikel?

Ini memberikan massa pada boson W dan Z serta pada fermion elementer melalui koplingnya, tetapi sebagian besar massa materi biasa sebenarnya berasal dari energi ikat kuark dan gluon di dalam proton dan neutron, bukan secara langsung dari medan Higgs.

Apakah boson Higgs sama dengan medan Higgs?

Tidak. Medan Higgs meresapi seluruh ruang dan bertanggung jawab atas pemutusan simetri, sementara boson Higgs adalah eksitasi terkuantisasi yang dapat diamati dari medan tersebut yang terdeteksi di LHC.