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Frage zum Higgsfeld

Physik der Elementarteilchen, Teilchenbeschleuniger; insbs. eine einführende Artikelserie in das Thema
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Frage zum Higgsfeld

Beitrag von monarch87 » 4. Jul 2012, 14:12

Ich weiss ich hab eigentlich keine Ahnung davon, deswegen weiss ich auch nicht, ob man die Frage überhaupt stellt:

Man sagt ja das Higgsfeld verleiht der Materie die Masse, was ich wissen wollte ist, wie schnell denn das Higgsfeld interagiert mit der Materie und ob dies nicht schneller als c ist.

Ich weiss nicht, ob die Vorstellung richtig ist... :

Ich stell mir die Interaktion mit dem Higgsfeld wie bei einer Interaktion zwischen Atomen durch Photonen vor. Die Nachricht in Form von Photonen kann ja nicht schneller als Licht übertragen werden. Ich will wissen, ob die Wechselwirkung des Higgsboson unmittelbar vermittelt wird oder auch mit einer bestimmten geschwindigkeit.

Wenn es sich das Higgs-B auch mit c bewegt würde es ja einen gewissen Zeitraum benötigen immer bevor der Materie die Masse verliehen wird

wie siehts dies bezüglich aus ?? hat man mich verstehen können ? :)

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Re: Frage zum Higgsfeld

Beitrag von breaker » 5. Jul 2012, 01:11

Wenn ich das bisher richtig verstanden habe, dann ist die Vorstellung falsch, dass das Higgs-Teilchen mit anderen Teilchen wechselwirkt und diese dadurch ihre Masse bekommen.
Man sollte es eher so formulieren:
Wir haben uns ein Standardmodell der Teilchenphysik gebaut, in dem alle Teilchen vorkommen, die wir bis jetzt kennen. Dieses Modell erklärt viele Sachen sehr gut, hat aber den Nachteil, dass laut diesem Modell alle Teilchen masselos sein müssten. Ein Weg aus diesem Dilemma wäre es, die Existenz eines weiteren Teilchens zu postulieren. Wenn ich dieses zu meinem bisherigen Standardmodell hinzunehme, dann sagt es auf einmal nicht mehr voraus, dass alle Teilchen masselos sein müssen, sondern es erlaubt auch massive Teilchen.

Was die Ruhemasse von Elementarteilchen erklärt, ist also vielmehr die Existenz des Higgs-Teilchens und nicht eine mysteriöse physikalische Wechselwirkung, aus der Masse entsteht.
(Dennoch ist es tatsächlich so, dass nur die Teilchen, die mit dem Higgs wechselwirken können, eine Ruhemasse bekommen und die anderen nicht. Deshalb ist die Sichtweise, dass das Higgs anderen Teilchen durch diese Wechselwirkung eine Masse gibt, vermutlich so verbreitet.)

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Re: Frage zum Higgsfeld

Beitrag von Skeltek » 5. Jul 2012, 07:46

Es handelt sich bei allem was man mißt erstmal nur um eine Eigenschaft, Prozess bzw Wirkung.
Man bringt durch Kollision ein Teilchen zum zerbersten und registriert kurz danach an einem anderen Gegenstand(Detektor) eine Veränderung. Daß es sich dabei um ein physikalisch reales Teilchen handelt, das von dem zerborstenen Teilchen über eine Flugbahn zum Detektor gewandert ist, ist Interpretationssache.
So gesehen kannst du jede Eigenschaft, die von Ursache in einer gewissen Zeit zur Wirkung hinüberwandert als Teilchen betrachten.

Wie man sich das Higgs vorstellen soll weiß ich nicht. schließlich muss ja immer genau dann, wenn zwei andere masselose Teilchen einen Verbund eingehen ein Higgs gerade zufällig dazwischen sein und dieselbe Geschwindigkeit haben.
Ich betrachte das Higgs(falls es das wirklich gibt) eher um eine Eigenschaft/Anordnung/Zustand, als ein separates für sich allein existenzfähiges Teilchen.
Aber das ist jedem selbst überlassen...
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Re: Frage zum Higgsfeld

Beitrag von seeker » 5. Jul 2012, 09:16

Mir geht gerade eine Frage durch den Kopf:

Wenn das Higgs-Feld die träge Masse vereinzelter Teilchen beschreibt (die also sonst keine weitere WW machen, daher sollte der Massebeitrag der anderen WW dort wegfallen) und "träge Masse = schwere Masse" gilt, dann müsste doch in diesem Fall gelten:

Higgs-Feld = Gravitationsfeld ?

Algemeiner (bei gebundener Materie) müsste es dann so aussehen:

Higgs-Feld + starke WW-Feld + schwache WW-Feld + EM-Feld = Gravitationsfeld

Sehe ich das richtig? Wie ist das zu verstehen?

Noch eine Frage dazu:
Ist das Higgs-Feld ein fünftes Feld (neben EM, starker WW, schwacher WW und Gravitation) oder ist das anders zu verstehen?

Grüße
seeker
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Re: Frage zum Higgsfeld

Beitrag von Timm » 5. Jul 2012, 11:06

http://www.scilogs.de/kosmo/blog/einste ... n-entdeckt

Wie Andreas Müller hier mitteilt, kann das Higgs Teilchen als entdeckt gelten.

Gruß, Timm

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Re: Frage zum Higgsfeld

Beitrag von positronium » 5. Jul 2012, 11:12

seeker hat geschrieben:Ist das Higgs-Feld ein fünftes Feld (neben EM, starker WW, schwacher WW und Gravitation) oder ist das anders zu verstehen?
Soweit ich das verstanden habe (also, ohne Gewähr :wink: ), ist das Higgs-Feld ein Feld der QFT, in der jedem Teilchen ein Operatorfeld zugewiesen wird. Das Higgs-Teilchen ist die Anregung des Higgs-Feldes, so wie andere Teilchen die Anregungen derer Felder sind - nicht zu verwechseln mit den klassischen Feldern. Jetzt sollte es eine fünfte Kraft (ähnlich den "klassischen" Kräften) geben, die eine Kopplung zwischen massiven Elementarteilchen und dem Higgs-Feld darstellt. So verleiht also die WW mit dem Higgs-Feld manchen Elementarteilchen die Masse, in etwa so, wie die starke WW z.B. dem Proton die Massendifferenz zwischen Protonenmasse und der Summe der Quarkmassen verleiht.
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Re: Frage zum Higgsfeld

Beitrag von monarch87 » 5. Jul 2012, 19:20

wird denn die sozusagene vermittlende Information von dem Higgs-Teilchen der masselose Teilchen Masse zu geben mit c schneller oder langsamer oder ganz anderes übertragen


Also das Higgsfeld interagiert mit den masselosen Teilchen und gibt ihnen Masse -dieser Prozess, benötigt er eine Zeit oder wird er schneller als c übertragen

Weil es kann ja sein,dass die Information "du hast jetzt Masse" auch nur mit höchstens c oder genau c übertragen werden könnte
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Re: Frage zum Higgsfeld

Beitrag von breaker » 5. Jul 2012, 20:07

monarch87 hat geschrieben:wird denn die sozusagene vermittlende Information von dem Higgs-Teilchen der masselose Teilchen Masse zu geben mit c schneller oder langsamer oder ganz anderes übertragen


Also das Higgsfeld interagiert mit den masselosen Teilchen und gibt ihnen Masse -dieser Prozess, benötigt er eine Zeit oder wird er schneller als c übertragen

Weil es kann ja sein,dass die Information "du hast jetzt Masse" auch nur mit höchstens c oder genau c übertragen werden könnte
Schau nochmal meinen Beitrag an. Die Vorstellung, dass ein Teilchen erst keine Masse hat und dann durch eine Wechselwirkung eine bekommt, ist nicht richtig.
Alle Teilchen, die eine Masse haben, wechselwirken mit dem Higgs, aber sie bekommen ihre Masse nicht dadurch.
positronium hat geschrieben:
seeker hat geschrieben:Ist das Higgs-Feld ein fünftes Feld (neben EM, starker WW, schwacher WW und Gravitation) oder ist das anders zu verstehen?
Soweit ich das verstanden habe (also, ohne Gewähr :wink: ), ist das Higgs-Feld ein Feld der QFT, in der jedem Teilchen ein Operatorfeld zugewiesen wird. Das Higgs-Teilchen ist die Anregung des Higgs-Feldes, so wie andere Teilchen die Anregungen derer Felder sind - nicht zu verwechseln mit den klassischen Feldern. Jetzt sollte es eine fünfte Kraft (ähnlich den "klassischen" Kräften) geben, die eine Kopplung zwischen massiven Elementarteilchen und dem Higgs-Feld darstellt. So verleiht also die WW mit dem Higgs-Feld manchen Elementarteilchen die Masse, in etwa so, wie die starke WW z.B. dem Proton die Massendifferenz zwischen Protonenmasse und der Summe der Quarkmassen verleiht.
Man möge mich verbessern!
Dass die Higgs-Wechselwirkung nicht zu den vier fundamentalen Kräften gehört, ist richtig.
Die Higgs-Wechselwirkung ist aber in einem bestimmten Sinne nicht als so fundamental anzusehen, wie die vier anderen, weil das Higgs-Boson (meines Wissens nach) nicht aus einer Eichsymmetrie hergeleitet werden kann; die anderen Bosonen aber schon.

Ich denke nicht, dass man die Masse des Protons, die aus der starken Wechselwirkung kommt, als Analogie zur Higgs-Wechselwirkung sehen sollte, denn:
1. Das Proton hätte auch ohne die ganzen virtuellen Gluonen eine Masse, nämlich die Summe der Quarkmassen.
2. Der Higgs-Mechanismus gibt Elementarteilchen eine Masse; das Proton ist aber kein Elementarteilchen. Der Massenzuwachs des Protons aufgrund der starken Wechselwirkung kommt ja gerade daher, dass es aus anderen Teilchen besteht.

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Re: Frage zum Higgsfeld

Beitrag von monarch87 » 5. Jul 2012, 21:10

@ Breaker

asooo ich habs jetzt verstanden. Also ist es gar nicht Hauptsächlich für die Erzeugung der Masse verantwortlich, sondern nur ein Baustein der noch fehlt
Und die anderen WW haben ein viel größeren Teil an der erzeugung von Masse?

Aber wie wirkt denn das Higgs-T.
Man kann ja sagen Gluonen im Kern aktiv , Elektronen bewegen drum etc..

Wo oder wie befindet sich das Higgs ?
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Re: Frage zum Higgsfeld

Beitrag von breaker » 6. Jul 2012, 00:25

Nein, so hab' ich das auch nicht gemeint. Ich weiß überhaupt nicht, woher die Vorstellung kommt, dass Wechselwirkungen für Masse verantwortlich sein sollen.
Für mich ist der Higgs-Mechanismus ein mathematischer Trick, der es einem erlaubt, Bewegungsgleichungen herzuleiten, die man für massive Teilchen erwarten würde.
Ich weiß nicht, ob man das überhaupt verständlich erklären kann...

Auf die Gefahr hin, alles noch schlimmer zu machen (aber mangels Alternative) probier ich's mal mit etwas Mathematik.
Ich will zunächst kurz erklären, wie man Wechselwirkungen zwischen Elementarteilchen überhaupt beschreiben kann. In der Quantenfeldtheorie werden Fermionen (wie auch immer) beschrieben durch ein Operatorfeld (was immer das ist). Dieses ist durch eine bestimmte Differentialgleichung (die Dirac-Gleichung) bestimmt. Herleiten kann man diese Differentialgleichung aus einer Funktion , die von abhängt (durch eine bestimmte Prozedur).
Das heißt, man kann eigentlich auch sagen, Elementarteilchen werden durch die Funktion beschrieben.
Wenn dieses nun ein Teilchen mit Masse beschreiben soll, dann muss darin ein Term der Form

vorkommen (hierbei ist m die Masse des Teilchens. Zur Anschauung kann man sich als Komplexe Zahl vorstellen und als die konjugiert komplexe Zahl).
Dieser Term muss einfach vorkommen, damit am Ende die richtige Differentialgleichung rauskommt. Wenn man jetzt scharf hinschaut, kann man erkennen, dass dieser Term sich nicht ändert, wenn man durch ersetzt (mit irgendeiner reellen Zahl ). Es gilt nämlich , und damit
.
Nun hätte man auch anders anfangen können und nicht sagen, man will eine Funktion finden, die einem die richtige Differentialgleichung gibt, sondern man will eine Funktion finden, die erfüllt.
Tatsächlich würde dieser Ansatz zum richtigen führen!

Die oben beschriebene Methode, nach einem zu suchen, das bestimmte Symmetrieeigenschaften hat, ist tatsächlich sehr erfolgreich. Mit dieser bekommt man das richtige , um schwache, starke und elektromagnetische Wechselwirkung zu beschreiben (die Symmetrien, die man fordert, sind aber im Allgemeinen andere, als . Allgemeine Symmetrietransformationen sind von der Form , mit irgendeiner Matrix U.)
Das Problem ist nun, dass die Symmetrie, die einem das richtige für die schwache Wechselwirkung gibt, keine Terme der Form erlaubt, da für solche dann NICHT mehr gelten würde!
Das heißt, ich kann kein finden, das gleichzeitig die schwache Wechselwirkung UND massive Teilchen erklärt.
ES SEI DENN ich nehme an, dass es noch ein weiteres Teilchen gibt, das durch ein Feld beschrieben wird, das ich zu hinzuaddiere. Wenn man klug wählt, kann man mit dessen Hilfe Terme der Form hinschreiben, die dann doch wieder invariant sind.
Dazu brauche ich aber so ein . Dieses beschreibt das Higgs-Teilchen.

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Re: Frage zum Higgsfeld

Beitrag von monarch87 » 6. Jul 2012, 02:06

Danke ::) so wollte ichs mal wissen; so sieht das beispielsweise aus... :)
jetzt kann ich mich damit beschäftigen das genau zu verstehen und den Zusammenhang versteh ich jetzt auch bisschen besser

vielen Dank breaker !

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Re: Frage zum Higgsfeld

Beitrag von monarch87 » 6. Jul 2012, 02:13

Ist echt sehr gut verständlich!!

Heisst es auch ,dass mit dem Higgs-Teilchen die letzte Symmetrietransformation gefunden wurde

Oder könnte man noch weitere finden?


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Re: Frage zum Higgsfeld

Beitrag von gradient » 6. Jul 2012, 08:18

Hallo breaker,

was ist bei dir das ? Ich denke, das ist bei dir das Skalarfeld,mit dem man die Symmetriebrechung hinbekommen will.
Dann ist die Argumentation nicht ganz korrekt (soweit ich es verstanden habe; wenn nicht, bin ich über jede Art von Korrekturen erfreut, weil ich in zwei Wochen Klausur und mündliche Prüfung zu QFT habe): Terme wie sind invariant unter unitären Transformationen (schließlich braucht man ja auch solche Terme für ein Potential, dass dann die gewünschten Minima ausweist), nicht aber Massenterme für Eichfelder wie , da .

Für die Eichfelder bekommt man solche Massenterme wirklich auf wundersame Weise durch Symmetriebrechung (und Eichfixierung).

Den Mechanismus, wie Fermionen Masse bekommen, habe ich nicht verstanden (den haben wir leider auch nicht wirklich besprochen). Ich dachte aber schon, dass man da die Fermionen an das Higgs-Feld koppeln müsste...

MfG
Patrick

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Re: Frage zum Higgsfeld

Beitrag von tomS » 6. Jul 2012, 09:16

Der von euch diskutierte Massenterm für Fermionen ist im SM nicht erlaubt, da er rechts- und linkshändige Fermionen aneinander koppelt (und ineinander überführt), obwohl wir wissen, dass die el.-schw. Theorie die Parität verletzt. D.h. zunächst passt er nicht zur Symmetriestruktur der Theorie. Als nächstes würden derartige Massenterme (aufgrund der chiralen Struktur) sogenannte Anomalien erzeugen, also klassisch vorhandene Symmetrien durch die Quantisierung zerstören.

Es gibt eine derartige chirale Anomalie, die man im Umfeld des Zerfalls des neutralen Pions sowie der hohen Masse des eta-prime Mesons sogar "braucht". Hierbei handelt es sich um die Anomalie einer globalen Symmetrie. Im Falle der o.g. Massenterme hätte man aber eine Anomalie der ekl.-schwachen lokalen Eichsymmetrie, und dies würde zu einer inkonsistenten Theorie führen.

Es ist also etwas kompliziert, aber Dirac-Massenterme wie oben angesproichen sind im SM verboten.
Gruß
Tom

Der Wert eines Dialogs hängt vor allem von der Vielfalt der konkurrierenden Meinungen ab.
Sir Karl R. Popper

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Re: Frage zum Higgsfeld

Beitrag von gradient » 6. Jul 2012, 15:15

Hallo Tom,

danke für die Aufklärung. Mir war bisher nie richtig klar, wie und wieso man Massen für Fermionen durch das Higgs-Feld bekommt.

@breaker: Sry, jetzt merke ich erst, dass ich deinen Beitrag "etwas" unaufmerksam gelesen habe. :wink:

MfG
Patrick

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Re: Frage zum Higgsfeld

Beitrag von breaker » 6. Jul 2012, 16:02

Ja, genau so hab' ich das gemeint. soll irgendein Spinor sein und weil in der schwachen Wechselwirkung der rechtshändige und der linkshändige Teil sich unterschiedlich transformieren, wäre nicht invariant.
Ich wollte aber nicht ins Detail gehen und das Fass mit der Händigkeit auch noch aufmachen.

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