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Thema: Teilchenphysik: Higgs-Teilchen zerfällt in Quarks

  1. #1

    Standard Teilchenphysik: Higgs-Teilchen zerfällt in Quarks

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    Am Forschungszentrum CERN in Genf ist es nun gelungen, den Zerfall des Higgs-Teilchens in bottom-Quarks zweifelsfrei nachzuweisen. Für die Forscher ist dies ein wichtiger Schritt, gilt es damit doch als bewiesen, dass der Mechanismus der Massenerzeugung mithilfe des Higgs-Teilchens auch für die Massen von Quarks verantwortlich ist, also für die Materie, aus der unsere Umwelt besteht. (3. September 2018)

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  2. #2
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    Zitat Zitat von astronews.com Redaktion Beitrag anzeigen
    ... gilt es damit doch als bewiesen, dass der Mechanismus der Massenerzeugung mithilfe des Higgs-Teilchens auch für die Massen von Quarks verantwortlich ist ...
    Das halte ich für irreführend.

    Der Mechanismus zur Massenerzeugung basiert auf dem Higgs-Feld, nicht auf dem Higgs-Teilchen.

    Die Kopplung des Higgs-Teilchens an das b-Quark ist natürlich ein Indiz aber kein Beweis für die Kopplung des Higgs-Feldes und der Massenerzeugung.

    Zitat Zitat von astronews.com Redaktion Beitrag anzeigen
    Insbesondere soll das Higgs-Teilchen für die Masse aller Elementarteilchen verantwortlich sein ...
    dito

    Außerdem ist das Higgs-Feld nicht für die Masse aller Elementarteilchen verantwortlich, nämlich nicht für die Neutrinos. Also:

    Insbesondere ist das Higgs-Feld für die Masse der Elementarteilchen verantwortlich ...

    Zitat Zitat von astronews.com Redaktion Beitrag anzeigen
    ...so ähnlich wie ein Mensch, der durch ein Meer aus Honig laufen muss, sich richtig "schwer" fühlt.
    Ich kenne das Bild und halte es für irreführend. Zunächst hat das nichts mit "schwer" zu tun; das rückt das Higgs irgendwie in die Nähe der Gravitation, und das ist falsch. Außerdem wird ein Mensch, der durch ein Meer aus Honig laufen muss, nicht "schwer", er wird kontinuierlich abgebremst. Elementarteilchen, die durch die WW mit dem Higgsfeld Masse erhalten, werden jedoch nicht kontinuierlich abgebremst.

    Zitat Zitat von astronews.com Redaktion Beitrag anzeigen
    Eine wichtige Voraussetzung für den Nachweis war, dass die b-Quarks eine Billionstel Sekunde lang mit Lichtgeschwindigkeit fliegen
    Besser:

    Eine wichtige Voraussetzung für den Nachweis war, dass die b-Quarks eine Billionstel Sekunde lang fast mit Lichtgeschwindigkeit fliegen.


    Zitat Zitat von astronews.com Redaktion Beitrag anzeigen
    "Damit ist gezeigt, dass der Mechanismus der Massenerzeugung mithilfe des Higgs-Teilchens auch für die Massen 'unserer' Materie, das heißt von Quarks, verantwortlich ist – und zwar genau so, wie es die Theorie von Higgs, Brout und Englert vorhersagt, für die es 2013 den Nobelpreis gab", so Wermes.

    sic?

    Warum nicht

    Damit ist gezeigt, dass der Mechanismus der Massenerzeugung mithilfe des Higgs auch für die Massen ...?


    Geändert von TomS (03.09.2018 um 16:00 Uhr)
    Gruß
    Tom

    «while I subscribe to the "Many Worlds" theory which posits the existence of an infinite number of Toms in an infinite number of universes, I assure you that in none of them am I dancing»

  3. #3
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    Zitat Zitat von TomS Beitrag anzeigen
    Eine wichtige Voraussetzung für den Nachweis war, dass die b-Quarks eine Billionstel Sekunde lang fast mit Lichtgeschwindigkeit fliegen.[/I]
    Das fände ich auch wesentlich besser. Es ist allgemein bekannt, dass alle Quarks eine nicht-verschwindende Ruhemasse haben und damit entsteht aus dem Satz des Artikels sofort ein Widerspruch zur speziellen Relativitätstheorie (SRT).
    Freundliche Grüße, B.

    Überhaupt droht ja jedem universelle Geltung heischenden Ansatz die Sphinx der modernen Physik, die Quantentheorie - T. Kaluza, 1921

  4. #4
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    Zitat Zitat von TomS Beitrag anzeigen
    Der Mechanismus zur Massenerzeugung basiert auf dem Higgs-Feld, nicht auf dem Higgs-Teilchen.
    Nachdem das Higgs-Feld gemäß Quantenfeldtheorie aus Higgs-Teilchen bestehen sollte, ist die Gleichsetzung an dieser Stelle mMn nicht wirklich falsch.

    Die Kopplung des Higgs-Teilchens an das b-Quark ist natürlich ein Indiz aber kein Beweis für die Kopplung des Higgs-Feldes und der Massenerzeugung.
    Das sehe ich persönlich zwar genauso, allerdings repräsentiert diese Sichtweise u.U. nicht den Mainstream.

    Eine wichtige Voraussetzung für den Nachweis war, dass die b-Quarks eine Billionstel Sekunde lang fast mit Lichtgeschwindigkeit fliegen.
    Da hat sich ein Fehler in den Artikel eingeschlichen. Ich habe es so dem Webadmin auch gemeldet.
    Freundliche Grüße, B.

    Überhaupt droht ja jedem universelle Geltung heischenden Ansatz die Sphinx der modernen Physik, die Quantentheorie - T. Kaluza, 1921

  5. #5
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    Zitat Zitat von Bernhard Beitrag anzeigen
    Nachdem das Higgs-Feld gemäß Quantenfeldtheorie aus Higgs-Teilchen bestehen sollte, ist die Gleichsetzung an dieser Stelle mMn nicht wirklich falsch.
    Nein, das Higgs-Feld besteht nicht aus Higgs-Teilchen.

    Die Kopplung des Higgs-Feldes an das Eichfeld erfolgt mittels der kovarianten Ableitung. Dann zerlegt man das Higgs-Feld in seinen Vakuumanteil plus Fluktuationen. Aus dem ersten Term resultiert die Kopplung des Eichfeldes an diesen Vakuumanteil mit der Erzeugung eines Masseterms; lediglich der Fluktuationsterm wird quantisiert.

    D.h. das Higgs-Feld besteht nicht aus Higgs-Teilchen, sondern das Higgs-Teilchen entspricht den quantisieren Fluktuationen des Higgs-Feldes ohne dessen Vakuumanteil.

    $$ (D_\mu \phi)(D^\mu \phi) $$

    $$ D_\mu = \partial_\mu - i A_\mu $$

    $$ \phi = \langle\phi\rangle + \tilde{\phi} $$

    $$ - \langle\phi\rangle^2 \, A_\mu A^\mu \sim - m^2 \, A_\mu A^\mu $$

    $$ \tilde{\phi} = \int_{\mathbb{R}^3} \frac{d^3p}{2\omega_p} \left[a_p e^{-ipx} + a^\dagger_p e^{ipx} \right] $$
    Geändert von TomS (04.09.2018 um 08:56 Uhr)
    Gruß
    Tom

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  6. #6
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    Danke für die Hinweise. Der Artikel wurde inzwischen angepasst.

  7. #7
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    Zitat Zitat von TomS Beitrag anzeigen
    D.h. das Higgs-Feld besteht nicht aus Higgs-Teilchen, sondern das Higgs-Teilchen entspricht den quantisieren Fluktuationen des Higgs-Feldes ohne dessen Vakuumanteil.
    Da hätte ich eine Verständnisfrage: Kann der Erwartungswert des Teilchenzahloperators (bei vorgegebenem Impuls p) gleich Null sein, wenn die Feldstärke des zu quantisierenden Feldes ungleich Null ist?
    Freundliche Grüße, B.

    Überhaupt droht ja jedem universelle Geltung heischenden Ansatz die Sphinx der modernen Physik, die Quantentheorie - T. Kaluza, 1921

  8. #8
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    Zitat Zitat von Bernhard Beitrag anzeigen
    D.h. das Higgs-Feld besteht nicht aus Higgs-Teilchen, sondern das Higgs-Teilchen entspricht den quantisieren Fluktuationen des Higgs-Feldes ohne dessen Vakuumanteil.
    Da hätte ich eine Verständnisfrage: Kann der Erwartungswert des Teilchenzahloperators gleich Null sein, wenn die Feldstärke des zu quantisierenden Feldes ungleich Null ist?
    Ja.

    Es gibt nicht den Teilchenzahloperator. Du hast eine gewisse Freiheit, diesen zu definieren, nämlich so, dass er zu dem passt, was du in einem gewissen Kontext als Teilchen bezeichnest. Generell kannst du die o.g. Fourierzerlegung auch für andere Funktionensysteme durchführen, d.h. nicht zwingend für ebene Wellen; und für jede dieser Zerlegungen kannst du einen Teilchenzahloperator definieren.

    In der Hochenergiephysik konstruierst du den Teilchenzahloperator für Teilchen mit festem Impuls, in der Quantenoptik evtl. für lokalisierte Wellenpakete; ds ist schon mal ein Unterschied. Im Falle des Higgs folgt der Teilchenzahloperator aus den von mir o.g. Erzeugern und Vernichtern für die Fluktuationen, d.h. ohne den Vakuumanteil; und damit ist der Erwartungswert dieses Teilchenzahloperators Null, obwohl die Feldstärke des Feldes ungleich Null ist.
    Geändert von TomS (05.09.2018 um 00:02 Uhr)
    Gruß
    Tom

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  9. #9
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    Anders gefragt: Müsste es gemäß Standardmodell nicht Reaktionen zwischen einem einzelnen hochenergetischen Protonenstrahl und dem Higgs-Feld geben? Man könnte am LHC dazu den zweiten Strahl komplett weglassen und nachsehen, ob man das Higgs-Teilchen bereits an einem einzelnen kreisenden Strahl nachweisen kann.
    Freundliche Grüße, B.

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  10. #10
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    Zitat Zitat von Bernhard Beitrag anzeigen
    Anders gefragt: Müsste es gemäß Standardmodell nicht Reaktionen zwischen einem einzelnen hochenergetischen Protonenstrahl und dem Higgs-Feld geben?
    Diese Wechselwirkung existiert; sie verleiht den Quarks ihre Masse.

    Zitat Zitat von Bernhard Beitrag anzeigen
    Man könnte am LHC dazu den zweiten Strahl komplett weglassen und nachsehen, ob man das Higgs-Teilchen bereits an einem einzelnen kreisenden Strahl nachweisen kann.
    Da Higgsfeld ist ein Skalar - das gilt für Vakuumwert und Fluktuationen getrennt. Damit müsste es diese Reaktionen bereits für einzelne, ruhende Protonen geben; der Unterschied wären lediglich lorentztransformierte Geschwindigkeiten der beteiligten Teilchen. Wir sehen diese Reaktionen jedoch nicht - mit Ausnahme der o.g. Erzeugung der Quark-Massen.

    Das kann man natürlich begründen.

    Nach der Struktur des Wechselwirkungsterms wäre der einfachste Prozess der Zerfall eines Higgs-Teilchens in ein Quark-Antiquark-Paar. Dazu müsste das Higgs-Teilchen aber erst mal existieren; das ist jedoch im Vakuum gemäß der Zählung mittels des o.g. Teilchenzahloperators nicht der Fall. Man kann weitere Feynmandiagramme konstruieren, z.B. die Vernichtung eines virtuellen Quark-Antiquark-Paars im Vakuum unter Aussendung eines Higgs; dieses Diagramm verschwindet aus Symmetriegründen (das Vakuum hat Impuls Null). Insgesamt existieren keine Diagramme mit einer auslaufenden Higgs-Linie, die ungleich Null sind. Allerdings hat man diverse weitere Diagramme ohne äußere Linien oder ausschließlich mit einer ein- und einer auslaufenden Quarklinie, die man in die Quantenkorrekturen mit einbezieht und die zur Renormierung der Felder und Massen beitragen. Insofern „existieren“ derartige Prozesse, jedoch ohne Beteiligung eines „reellen“ Higgs-Teilchens, das im Vakuum nicht vorhanden ist und das aus o.g. Gründen nicht spontan entstehen kann - mit oder ohne zusätzliches Proton.
    Geändert von TomS (05.09.2018 um 09:00 Uhr)
    Gruß
    Tom

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