Higgs en donkere materie

[JorisL]

Een elementair deeltje heeft per definitie geen interne structuur, en dus ook geen gedefinieerde vorm of afmetingen.

 
Er bestaat ook een technische reden waarom we bijvoorbeeld elektronen als puntdeeltjes beschouwen.
Deze hangt nauw samen met hoe het standaard model opgebouwd is, in het bijzonder de Lagrangiaan.
Kort samengevat kunnen we zeggen dat een elektron (effectief) een puntdeeltje is omdat we slechts termen in de Lagrangiaan hebben die velden op hetzelfde punt beschouwen. Er wordt dus geen integraal over een kleine omgeving van het elektron uitgevoerd.
Zo'n integraal zou wel vorm-afhankelijk zijn.
 
 

Er zijn wel aanwijzingen voor het bestaan van susy deeltjes en met de opgevoerde LHC zou het zo maar kunnen dat we binnenkort susy deeltjes kunnen aantonen. Juist de ontdekking van het Higgs deeltje is hiervoor een goed uitgangspunt omdat het Higgsveld susy deeltjes mogelijk maakt.

 
Wat bedoel je met aanwijzingen voor SUSY deeltjes? Want voor zover ik weet is er noch rechtstreeks noch onrechtstreeks enige hint gevonden.
 
Het zou natuurlijk een groot geschenk zijn mochten we susy kunnen bevestigen, een geunificeerde theorie gebruikt veelal (op mogelijk een aantal weinig realistische theorieën na) supersymmetrie.

[sensor]

De vlag gaat nog niet uit maar in de jets die ontstaan nadat de protonen botsen kun je uit demassa verschillen voor en na botsing afleiden dat er mogelijk neutralinos ontstaan  volgens het feynman diagram :

Knipsel 547 keer bekeken

[/size]
 
Het artikel New 3-Sigma Signals From LHCb And ATLAS  is hier te vinden :
 
http://www.science20.com/a_quantum_diaries_survivor/spring_flukes_new_3sigma_signals_from_lhcb_and_atlas-154210

[descheleschilder]

@JorisL in bericht 13
Ik beweer juist dat een elementair deeltje niet puntvormig is. Ook de eventuele subquarks en -leptonen niet (dat subquarks en -leptonen elektrische ladingen van 0, 1/2, 2/3 en 1 bezitten en er bovendien families quarks en leptonen zijn lijkt mij een sterke aanwijzing dat dat het geval is; bovendien zijn er preon modellen die alle subatomaire reacties, zoals het protonverval in termen van preonen weten te verklaren) . Waarmee ik niet wil zeggen dat een echt elementair deeltje een (p-)snaar is. Als we een eendimensionale ruimte bekijken die van heel dichtbij een tuinslangvorm heeft zou zo´n elementair deeltje zijn ladingen eendimensionaal om de enorm dunne slang heen kunnen hebben gewikkeld. Een deeltje wordt dan een cirkeltje. Trek je dit door naar twee dimensies dan zijn deeltjes bolschillen ontstaan na het oprollen van een derde ruimtelijke dimensie in een vierde (net zoals een slangvorm ontstaat uit een tweedimensionale ruimte opgerold in een derde). Trek je dit nog verder door dan zouden deeltjes in een driedimensionale ruimte bolletjes kunnen zijn in een driedimensionale ruimte die ontstaan is na het oprollen van een vierdimensionale ruimte in een vijfde. Heeeeel kleine bolletjes (in de orde van de Plancklengte) die in elkaar kunnen gaan zitten, zoals cirkeltjes op de dunne slang tegen elkaar aan kunnen gaan zitten. En weg zijn de problemen veroorzakende puntdeeltjes! Tegelijkertijd hebben we een oplossing voor de asymmetrie tussen materie en antimaterie en het verschil tussen links en rechts, en bestaat er geen singulariteit meer in een zwart gat!

[Denkertje70]

@descheleschilder
 
Ik merk hier weer in jou redenering dat een subquark-theorie nog steeds ingewikkelder structuren bevat zoals ladingen van 0, 1/3, 2/3 etc...
 
Is het niet zo dat hoe dieper we gaan in het niveau van deeltjes dat hoe eenvoudiger alles zou moeten zijn zoals in de QS. Tenslotte wat bepaald die lading dan weer van 0, 1/3, 2/3 in de jou voorgestelde subquark-deeltjes, nog een diepere laag deeltjes?
 
Ik ben van mening dat als er een nieveau van deeltjes bestaan lager dan quarks, deze eenvoudiger moeten zijn.
 
Je moet zelf eens de vraag stellen, wat is energie waar alles is uit opgebouwd? Volgens mij kan energie maar bestaan uit iets simpel, dus hoe eenvoudiger kan het dan zijn dan massaloze pakketjes/deeltjes van ernegie dat wanneer deze in een bepaalde hoeveelheid samenwerken massa teweegbrengen. Op deze manier kan je eenvoudig verklaren bvb waarom een quark van een bepaalde soort (bvb up-quark) toch verschillende massa's kan bevatten.
 
@sensor
 
De susy kan ook verklaar worden vanuit de QS. Als we nu bvb 2 protonen afschieten op mekaar dan onstaat er al een wolk van 22 massaloze deeltjes(1) waaruit snel andere massadeeltjes uit zullen ontstaan. Alles hangt af van hoe deze wolk van massaloze deeltjes zich verdeelt in het magnetisch veld en hoe daar massadeeltjes uit ontstaan die super symmetrisch kunnen zijn. Wat dat als we spreken van meerdere protonen dan 2, dan kan er al snel een zoo van deeltjes onstaan.
 
(1) Er vanuitgaande dat er voldoende energie wordt gebruikt!
 
HV

[physicalattraction]

Opmerking moderator

Merk op dat deze topic over de relatie tussen Higgs veld en donkere materie gaat, niet over waaruit elementaire deeltjes zouden zijn opgebouwd. Graag weer on topic, anders wordt de topic gesloten.

[sensor]

Goed punt om weer on topic te blijven en als we de feiten op een rijtje zetten dan kunnen we stellen dat we een Higgs deeltje hebben of in ieder geval het signaal voor het Higgs deeltjes heeft een zekerheid van 5σ. Bovendien voldoen de eigenschappen van dit deeltje precies aan het standaard model en dit is een belangrijke aanwijzing dat het model van Prof Higgs juist is en dat het deeltje dus ontstaat vanuit een scalair Higgs veld. Als we de theorie van het scalaire Higgs veld uitbreiden naar een dubbel veld dan geeft deze uitbreiding een uitstekende verklaring voor susy deeltjes en susy deeltjes zijn tot nu toe de beste kandidaat voor donkere materie. Er is dus een duidelijke link tussen het Higgs veld en donkere materie.
 
De reden dat de theorie van het Higgsveld en deeltje zo betrouwbaar is dat deze theorie aan een hele harde eis voldoet nl het Goldstone's theorem. Volgens deze theorie moeten er lichte massaloze bosonen ontstaan in processen waar er sprake is van spontane symmetrie breking maar dit is duidelijk niet het geval er ontstaan juist bosonen met massa. De reden hiervoor is dat deze lichte bosonen als het ware opgegeten worden door de zwaardere deeltje zoals W en Z deeltjes. De theorie van het Higgs veld gebaseerd op een potentiaal met een vorm van de bekende mexicaanse hoed is de enige theorie die de harde eis van het Goldstone's theorem weet te omzeilen met andere woorden er is dus een verklaring waarom er juist bosonen met massa ontstaan.
 
Alternatieve verklaringen voor het Higgs deeltje moeten dus voldoen aan het standaard model en tevens moeten er experimentele aanwijzingen zijn. Op zich is een aannemelijke voorspelling voor het ontdekken van een nieuw deeltje natuurlijk al voldoende. Het Higgs deeltje werd voorspeld in 1964 en ontdekt in 2012, het Majorana deeltje werd al in 1937 voorspeld.

[physicalattraction]

Opmerking moderator

Off topic berichten verwijderd.

[descheleschilder]

Voor de massa´s van het W- en Z⁰-deeltje geldt volgens de voorspelling van het Higgs-mechanisme:
 
(mW)²(1-mW²/mZ²)=π√2α/G_f=0,032/G_f (m staat voor ``de massa van``,α=1/137, de fijnstructuur-constante en G_f=0,000012 is de zwakke koppelingsconstante)
 
In principe zou je ook zo´n soort relatie kunnen opstellen tussen de ooit als fundamenteel gedachte overdrachtsdeeltjes van de sterke kracht, de massieve pionen (met ladingen, net als de W en Z, -1,0 en +1).
Na wat proberen en met vallen en opstaan Kwam ik op de relatie (1-(mπ⁰/mπ^+/-))=π√2α/G_s (G_sis de sterke koppelingsconstante met waarde 1).
Zou het toeval zijn dat (1-(mπ⁰/mπ^+/-))≈1-(135/139,6)≈0,032 (=π√2α) is?
 
Een andere vraag: maak je bij het mechanisme van het ontstaan van massa (het Higgs mechanisme dus, ontstaan uit de combinatie van gebroken symmetrie en lokale ijk-invariantie) niet al gebruik van het begrip massa, hetgeen Natuurlijk niet zou kunnen aangezien je bij de uitleg van iets niet dat ``iets`` kan gebruiken aangezien je dat juist uit moet leggen? Ik zie een vicieuze cirkel ontstaan, of een kip/ei situatie.

[sensor]

Vanuit het Higgs mechanisme is de massa voor het W deeltje eenvoudig te berekenen. 
 
v= vacuum expectation value (voor het Higgs veld )  = 246 GeV
 
g = koppelingsconstante = 0.652
 
 
mW = (vg)/2= 1/2*0.652*246 = 80,196 GeV
 
Maar dan maak je gebruik van de vrije parameters en dus waarden die gemeten zijn  (met inderdaad een kans op een vicieuze cirkel.)

[descheleschilder]

Hoe vindt de wisselwerking tussen het Higgsveld en de quarks, leptonen en de W- en Z-deeltjes plaats? De enige deeltjes waar het veld geen wisselwerking mee heeft (en volgens de theorie dus massa nul hebben) zijn het foton en het gluon (en, als het bestaat, het graviton). De wisselwerking wordt vergeleken met een foton dat door water gaat, waarin de lichtsnelheid 200 000 (km/sec) is, waardoor het foton een effectieve massa zou hebben. In water wordt een foton echter geabsorbeerd door watermoleculen (het ``water-veld``) en weer uitgezonden, hetgeen een heel kleine tijd in beslag neemt (2/3x 300 000(sec)). De snelheid van het foton verandert echter niet. Het duurt steeds heel eventjes voordat het weer verder reist. Maar hoe vindt de interactie tussen een quark of een lepton met massa nul en het Higgs-veld plaats? Is er een kracht tussen de deeltjes en het veld in het spel (met bijbehorende mediator), of worden de deeltjes, net als in het geval van het foton in water geabsorbeerd en weer uitgezonden (hoewel dat misschien zou betekenen dat ze dan slechts een constante lagere snelheid dan de lichtsnelheid verkrijgen, net als het foton in het water), of...?
Aangezien het mogelijk zou kunnen zijn dat de zwakke kracht niet fundamenteel is (maar door een massaloze mediator wordt overgedragen), zou het tevens mogelijk kunnen zijn dat mediatoren geen interactie met het Higgs-veld hebben (hetgeen mij een elegantere situatie lijkt dan), hetgeen betekent dat alleen quarks en leptonen een interactie hebben.
Nog één vraag: wat bepaalt hoe sterk de koppeling tussen het Higgs-veld en deeltjes (die zonder die interactie een massa nul bezitten) is? Het moge duidelijk zijn dat de koppeling tussen een elektron-neutrino en het Higgs-veld veel kleiner is dan bijvoorbeeld die tussen een top quark en het Higgs-veld.

[sensor]

Het higgs veld is gekoppeld met het EM veld en dit geeft de mogelijkheid dat de zogenaamde vev waarde ofwel de vacuum expectation value vrij gekozen kan worden. Dit is een belangrijke eigenschap van het EM veld is er veel vrijheid in het kiezen van de potentiaal van een dergelijk veld. 
 
Het Higgs veld kun je mathematisch vergelijken met een harmonische oscillator denk aan een massa veer systeem. Een deeltje voelt door deze oscillaties in het Higgs veld als het ware een massa.
Eerder in deze discussie zijn al de feynman diagrammen aangeven waarmee een quark deeltje via het W deeltje massa verkrijgt.

[descheleschilder]

 
@Gast bericht 19
Ik bedoelde met de deeltjes die (elektrische) lading 0, 1/3, 2/3 of 1 bezitten niet de deeltjes die de quarks en leptonen zouden opbouwen, maar de quarks en leptonen zelf. Foutje van mij. Van de basiselementen zijn er maar twee: één met een elektrische lading van 1/3 en één met een elektrische lading nul (bovendien bevatten ze kleurladingen en zogenaamde hyperkleurladingen). De quarks en leptonen worden in setjes van drie gevormd.
Deze kunnen een alternatieve verklaring voor de massa van deeltjes bieden. De twee deeltjes zelf bezitten een massa nul. Er gaat echter een heel sterke kracht van hen uit (opgewekt door die hyperkleurlading, met bijbehorende hypergluonen) die maakt dat deze setjes van drie bij elkaar kunnen blijven. De geladen quarks en leptonen zijn door de elektrische kracht tot onder de lichtsnelheid vertraagd. Het neutrino is nog steeds tegen de lichtsnelheid aan het bewegen. Volgens dit model is de zwakke wisselwerking een residukracht van die heel sterke wisselwerking. Ooit werd de sterke kernkracht, zo dacht men, overgebracht door pionen (met elektrische ladingen +1,0 en -1, te vergelijken met de W- en Z-deeltjes) en als elementair gezien. Later kwam men erachter dat de ware wisselwerking via gluonen plaatsvindt. Zoiets geldt volgens deze theorie ook voor de zwakke wisselwerking overgebracht door W- en Z-deeltjes. Het is een residukracht van die heel sterke kracht die de twee basisdeeltjes in drietallen bij elkaar houdt (de kracht wordt de hyperkleurkracht genoemd, met bijbehorende hypergluonen; op deze manier hebben alle krachtoverbrengende deeltjes (rust)massa nul).
Wat betreft het Higgs-veld in het laatste bericht. Een oscillatie in het veld is het bijbehorende Higgs-deeltje dat echter snel vervalt (via een t- en anti t-quark) in twee gluonen of twee fotonen. Dit waargenomen proces blijkt echter twee keer te snel te gaan dan berekend (via Feynmann-diagrammen). Oscillaties in een elektron-veld zullen niet vervallen. Deeltjes zonder massa verkrijgen hun massa in het Higgs mechanisme door interactie met het Higgsveld en niet met oscillaties in het Higgsveld. Ik vraag mij echter af hoe zo´n interactie plaatsvindt. Het mechanisme dus. In het Higgsmodel zijn alle deeltjes (net als de twee deeltjes in de sub-quark theorie) massaloos, dus misschien is het goed je eerst eens af  te vragen hoe de interactie in elkaar steekt die van een massaloos
Higgs deeltje een massief Higgs deeltje maakt.
Ik heb trouwens nergens een diagram gezien waar een quark via een Higgs-deeltje (of wordt er in het vorige bericht een W-deeltje bedoeld?) massa verkrijgt. Wel een diagram waar een W-deeltje, in het verval van een neutron naar een proton, uiteenvalt in een elektron en een elektron-neutrino (hetgeen impliceert dat het W-deeltje samengesteld is, zoals de eerder genoemde pionen).
Overigens is het verval van een proton in het model van de twee basisdeeltjes gemakkelijk te verklaren.