हिग्स तंत्र

कण भौतिकी के मानक मॉडल में, गेज बोसोन के लिए संपत्ति द्रव्यमान की द्रव्यमान पीढ़ी की व्याख्या करने के लिए हिग्स तंत्र आवश्यक है। हिग्स तंत्र के बिना, सभी बोसोन (कणों के दो वर्गों में से एक, दूसरा फर्मियन) को द्रव्यमान रहित कण माना जाएगा, लेकिन माप से पता चलता है कि W बोसॉन|W⁺, डब्ल्यू^-, और Z बोसोन|Z⁰ बोसोन में वास्तव में लगभग 80 GeV/c का अपेक्षाकृत बड़ा द्रव्यमान होता है²। हिग्स फील्ड इस पहेली को हल करता है। तंत्र का सबसे सरल विवरण एक क्वांटम क्षेत्र (हिग्स बॉसन) जोड़ता है जो मानक मॉडल के लिए सभी स्थान की अनुमति देता है। कुछ अत्यंत उच्च तापमान के नीचे, क्षेत्र बातचीत के दौरान सहज समरूपता को तोड़ता है। समरूपता का टूटना हिग्स तंत्र को ट्रिगर करता है, जिसके कारण यह जिन बोसॉनों के साथ परस्पर क्रिया करता है उनमें द्रव्यमान होता है। मानक मॉडल में, वाक्यांश हिग्स मैकेनिज्म विशेष रूप से डब्ल्यू और जेड बोसोन | डब्ल्यू के लिए जनता की पीढ़ी को संदर्भित करता है।^±, और Z कमजोर बल गेज बोसोन इलेक्ट्रोवीक इंटरैक्शन समरूपता ब्रेकिंग के माध्यम से। CERN में लार्ज हैड्रान कोलाइडर ने 14 मार्च 2013 को हिग्स कण के अनुरूप परिणामों की घोषणा की, जिससे यह अत्यधिक संभावना है कि क्षेत्र, या इसके जैसा कोई मौजूद है, और यह समझाता है कि प्रकृति में हिग्स तंत्र कैसे होता है। गेज समरूपता को सहज समरूपता को तोड़ने के रूप में हिग्स तंत्र का विचार तकनीकी रूप से गलत है क्योंकि एलिट्जर के प्रमेय गेज समरूपता को कभी भी स्वचालित रूप से तोड़ा नहीं जा सकता है। बल्कि, जर्ग फ्रोहलिच | फ्रोहलिच-मोर्चियो-स्ट्रोची तंत्र हिग्स तंत्र को पूरी तरह से गेज अपरिवर्तनीय तरीके से सुधारता है, आम तौर पर समान परिणाम देता है। तंत्र 1962 में फिलिप वॉरेन एंडरसन द्वारा प्रस्तावित किया गया था, अतिचालकता में सममिति ब्रेकिंग पर 1950 के दशक के उत्तरार्ध में निम्नलिखित कार्य और अच्छा चिरो दक्षिण द्वारा 1960 का पेपर जिसमें कण भौतिकी के भीतर इसके अनुप्रयोग पर चर्चा की गई थी।

गेज थ्योरी 1964 पीआरएल सिमेट्री ब्रेकिंग पेपर्स को ब्रेक किए बिना 1964 में तीन स्वतंत्र समूहों द्वारा बड़े पैमाने पर पीढ़ी की व्याख्या करने में सक्षम एक सिद्धांत: रॉबर्ट ब्राउन और फ्रांकोइस एंगलर्ट द्वारा; पीटर हिग्स द्वारा; और जेराल्ड गुरलनिक, सी. आर. हेगन और टॉम किबल द्वारा। इसलिए हिग्स तंत्र को ब्राउट-एंगलर्ट-हिग्स तंत्र या एंगलर्ट-ब्राउट-हिग्स-गुराल्निक-हेगन-किब्बल तंत्र भी कहा जाता है, रेफरी नाम = स्कॉलरपीडिया>{{cite journal |title=एंगलर्ट-ब्राउट-हिग्स-गुरलनिक-हेगन-किब्बल तंत्र|journal=Scholarpedia |year=2009 |doi=10.4249/scholarpedia.6441 |df=dmy-all|doi-access=free |last1=Kibble |first1=Tom |volume=4 |issue=1 |page=6441 |bibcode=2009SchpJ...4.6441K }</ref> एंडरसन-हिग्स मैकेनिज्म, रेफरी>{{Cite journal |last1=Liu |first1=G.Z. |last2=Cheng |first2=G. |doi=10.1103/PhysRevB.65.132513 |title=एंडरसन-हिग्स तंत्र का विस्तार|journal=Physical Review B |volume=65 |issue=13 |page=132513 |year=2002 |arxiv=cond-mat/0106070 |bibcode=2002PhRvB..65m2513L |citeseerx=10.1.1.242.3601|s2cid=118551025 }</ref> एंडरसन-हिग्स-किबल मैकेनिज्म, रेफरी>{{cite journal |last1=Matsumoto |first1=H. |last2=Papastamatiou |first2=N.J. |last3=Umezawa |first3=H. |last4=Vitiello |first4=G. |title=एंडरसन-हिग्स-किबल तंत्र में गतिशील पुनर्व्यवस्था|doi=10.1016/0550-3213(75)90215-1 |journal=Nuclear Physics B |volume=97 |issue=1 |pages=61–89 |year=1975 |bibcode=1975NuPhB..97...61M}</ref> नमस्ते अब्दुस द्वारा हिग्स-किब्बल तंत्र और पीटर हिग्स द्वारा ABEGHHK'tH तंत्र (एंडरसन, ब्राउट, एंगलर्ट, गुरलनिक, हेगन, हिग्स, किबल, और जेरार्ड 'टी हूफ्ट|' टी हूफ्ट के लिए)।इलेक्ट्रोडायनामिक्स में हिग्स तंत्र की खोज स्वतंत्र रूप से जोसेफ एच. एबर्ली और रीस द्वारा रिवर्स में की गई थी हिग्स क्षेत्र के रूप में कृत्रिम रूप से विस्थापित विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के कारण गेज डायराक क्षेत्र द्रव्यमान लाभ के रूप में। 8 अक्टूबर 2013 को, CERN के लार्ज हैड्रोन कोलाइडर में एक नए कण की खोज के बाद, जो सिद्धांत द्वारा भविष्यवाणी की गई लंबे समय से मांगी गई हिग्स बोसोन प्रतीत हुई, यह घोषणा की गई कि पीटर हिग्स और फ्रांकोइस एंगलर्ट को भौतिकी में 2013 के नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था। .

मानक मॉडल

स्टीवन वेनबर्ग और अब्दुस सलाम द्वारा हिग्स तंत्र को आधुनिक कण भौतिकी में शामिल किया गया था, और यह मानक मॉडल का एक अनिवार्य हिस्सा है।

मानक मॉडल में, इतना अधिक तापमान पर कि इलेक्ट्रोवीक समरूपता अखंड है, सभी प्राथमिक कण द्रव्यमान रहित होते हैं। एक महत्वपूर्ण तापमान पर, हिग्स फील्ड एक वैक्यूम अपेक्षा मूल्य विकसित करता है; टैकीऑन संघनन द्वारा समरूपता अनायास टूट जाती है, और W और Z बोसोन द्रव्यमान प्राप्त कर लेते हैं (जिसे इलेक्ट्रोवीक समरूपता ब्रेकिंग या EWSB भी कहा जाता है)। माना जाता है कि ब्रह्मांड के इतिहास में यह एक पीकोसैकन्ड के बारे में हुआ है (10⁻¹² s) गर्म बड़े धमाके के बाद, जब ब्रह्मांड का तापमान 159.5 ± 1.5 GeV था। स्टैण्डर्ड मॉडल में लेपटोन और क्वार्क जैसे फ़र्मियन भी हिग्स क्षेत्र के साथ अपनी बातचीत के परिणामस्वरूप द्रव्यमान प्राप्त कर सकते हैं, लेकिन गेज बोसोन के समान नहीं।

हिग्स फील्ड की संरचना

मानक मॉडल में, हिग्स फील्ड एक विशेष एकात्मक समूह | एसयू (2) दोहरी अवस्था (यानी आइसोस्पिन नामक दो जटिल घटकों के साथ मानक प्रतिनिधित्व) है, जो लोरेंत्ज़ परिवर्तनों के तहत एक स्केलर क्षेत्र सिद्धांत है। इसका विद्युत आवेश शून्य है; इसका कमजोर आइसोस्पिन है 1/2 और कमजोर आइसोस्पिन का तीसरा घटक है -1/2; और इसका कमजोर हाइपरचार्ज (यू (1) गेज समूह के लिए चार्ज एक मनमाने गुणक स्थिरांक तक परिभाषित है) 1 है। यू (1) घुमाव के तहत, इसे एक चरण से गुणा किया जाता है, जो इस प्रकार वास्तविक और काल्पनिक भागों को मिलाता है एक दूसरे में जटिल स्पिनर, समूह यू (2) के मानक दो-घटक जटिल प्रतिनिधित्व के संयोजन।

हिग्स फील्ड, अपनी क्षमता द्वारा निर्दिष्ट (संक्षिप्त, प्रतिनिधित्व, या यहां तक ​​कि सिम्युलेटेड) इंटरैक्शन के माध्यम से, गेज समूह यू (2) के चार जनरेटर (दिशाओं) में से तीन के सहज टूटने को प्रेरित करता है। इसे अक्सर SU(2) के रूप में लिखा जाता है_L × यू (1)_Y, (जो कड़ाई से असीम समरूपता के स्तर पर ही बोल रहा है) क्योंकि विकर्ण चरण कारक अन्य क्षेत्रों पर भी कार्य करता है - विशेष रूप से क्वार्क। इसके चार घटकों में से तीन सामान्य रूप से गोल्डस्टोन बोसोन के रूप में हल होंगे, यदि वे गेज फ़ील्ड के लिए युग्मित नहीं होते।

हालाँकि, समरूपता के टूटने के बाद, हिग्स क्षेत्र में स्वतंत्रता की चार में से तीन डिग्री तीन W और Z बोसोन के साथ मिश्रित होती हैं (
W⁺
,
W⁻
और
Z⁰
), और केवल इन कमजोर बोसॉनों के घटकों के रूप में देखे जा सकते हैं, जो उनके शामिल होने से बड़े पैमाने पर बनते हैं; स्वतंत्रता की केवल एक शेष डिग्री एक नया अदिश कण बन जाती है: हिग्स बोसोन। जो घटक गोल्डस्टोन बोसोन के साथ मिश्रित नहीं होते हैं, वे द्रव्यमान रहित फोटॉन बनाते हैं।

द्रव्यमान रहित रहने वाले भाग के रूप में फोटॉन

मानक मॉडल के विद्युत दुर्बल भाग का गेज समूह SU(2) है_L × यू (1)_Y. समूह SU(2) इकाई निर्धारक के साथ सभी 2-बाय -2 एकात्मक मैट्रिसेस का समूह है; एक जटिल दो आयामी वेक्टर अंतरिक्ष में निर्देशांक के सभी अलंकारिक परिवर्तन।

निर्देशांकों को घुमाना ताकि दूसरा आधार सदिश हिग्स बोसोन की दिशा में इंगित करे, 'H के निर्वात प्रत्याशा मान को स्पिनर (0, v) बनाता है। x, y, और z कुल्हाड़ियों के बारे में घुमाव के लिए जेनरेटर पॉल मैट्रिसेस σ के आधे होते हैंx, पीy, और पीz, ताकि z-अक्ष के बारे में कोण θ का घूर्णन निर्वात को ले जाए

${\bigl (}0,ve^{-{\frac {1}{2}}i\theta }{\bigr )}.$

जबकि टी_x और टी_y जनरेटर spinor के ऊपर और नीचे के घटकों को मिलाते हैं, टी_z घुमाव केवल प्रत्येक को विपरीत चरणों से गुणा करते हैं। इस चरण को कोण के U(1) घूर्णन द्वारा पूर्ववत किया जा सकता है 1/2 θ. नतीजतन, दोनों 'एसयू' (2) टी के तहत_z-रोटेशन और एक यू (1) रोटेशन एक राशि से 1/2θ, निर्वात