Hoe komt het Higgs scalar boson aan zijn massa ?

[Regor]

Hoe ontstond / ontstaat het Higgs veld ?

[flappelap]

Hoe ontstond / ontstaat het Higgs veld ?

Daar is op dit moment geen antwoord op. De kwantumvelden worden als gegeven verondersteld, net zoals bijvoorbeeld het bestaan van 3 ruimtelijke dimensies of 1 tijdsdimensie (en in het algemeen: het bestaan van ruimtetijd).

[Regor]

@Flappelap,

U schreef:
"Daar is op dit moment geen antwoord op. De kwantumvelden worden als gegeven verondersteld, net zoals bijvoorbeeld het bestaan van 3 ruimtelijke dimensies of 1 tijdsdimensie (en in het algemeen: het bestaan van ruimtetijd)."

Het tweede deel van uw zin , net als ...................... vind ik niet zo evident hoor.
Zolang de mens al bestaat kon hij 3 dimensies ervaren alsook tijd.
Massa op zich kon hij ook ervaren ........ maar dat het van een interactie met een veld komt / kwam niet !
Het is dus van een andere logische orde .... denk / vind ik !

[vijv]

Het tweede deel van uw zin , net als ...................... vind ik niet zo evident hoor.
Zolang de mens al bestaat kon hij 3 dimensies ervaren alsook tijd.
Massa op zich kon hij ook ervaren ........ maar dat het van een interactie met een veld komt / kwam niet !
Het is dus van een andere logische orde .... denk / vind ik !

ervaren hangt af van de hulpmiddelen die je gebruikt. Tot voor de uitvinding van de microscoop konden we geen microben "ervaren". Nu kan iedereen dit zien als hij een microscoop in huis haalt en is er geen twijfel nodig. Een deeltjesversneller is iets moeilijker in huis te halen, maar de gelukkigen kunnen wel ervaren hoe velden zich gedragen. Dus zo ver ligt het niet allemaal uit elkaar.

[Regor]

@vijv,

Beetje (zeer) simpele metafoor hoor,....... en hij maakt niet de minste indruk op mij. Sorry.
De logica voor het steeds bestaan van het Higgs veld is van een andere orde dan dat van bestaan van 3 dimensies en tijd.
Daar was geen enkel weerlegbaar bewijs voor nodig.
Voor het Higgs veld voorlopig niet, zo simpel is / lijkt dat.

1. Waarom vervalt het nu gedetecteerde Higgs boson zo snel ?
2. Wat verandert er mogelijks aan de massa - veld- theorie als men meerdere soorten Higgs bosonen detecteert ?
.

[wnvl1]

Wat een mens rechtstreeks waarneemt, zijn uiteindelijk slechts meetresultaten: sporen in detectoren, klikjes in apparatuur, patronen in data. Vanuit die beperkte en indirecte observaties proberen we een zo eenvoudig en samenhangend mogelijk model van de werkelijkheid op te bouwen. In de moderne fysica gebeurt dat binnen kaders zoals de kwantumveldentheorie en het Standaardmodel.

Binnen dat model worden deeltjes niet gezien als fundamentele “bolletjes”, maar als excitaties van onderliggende velden. Het Higgs-veld is één van die velden en speelt een specifieke rol: het biedt een mechanisme waarmee bepaalde deeltjes massa krijgen. Het bijbehorende deeltje, het Higgs-boson, is experimenteel waargenomen en vertoont eigenschappen die precies overeenkomen met de voorspellingen van het model.

De vraag of het Higgs-veld “echt bestaat” is echter subtieler. In strikte zin nemen we het veld zelf niet direct waar; wat we meten zijn effecten die in het model worden toegeschreven aan dat veld. Vanuit een instrumenteel standpunt — vaak geassocieerd met de wetenschapsfilosofie — is dat voldoende: een concept is gerechtvaardigd als het consistent is en correcte voorspellingen oplevert.

Men zou dus kunnen stellen dat het Higgs-veld geen tastbaar object is in de alledaagse betekenis van het woord, maar een onderdeel van een theoretische structuur die bijzonder succesvol is in het beschrijven van experimentele resultaten. Als een toekomstig model dezelfde fenomenen beter en eenvoudiger kan verklaren zonder een Higgs-veld, dan zou de fysica dat nieuwe model verkiezen.

Daarom ligt de nadruk in de wetenschap minder op de vraag of iets “werkelijk bestaat” in absolute zin, en meer op de vraag of een model:

- intern consistent is,
- experimenteel bevestigd wordt,
- en voorspellende kracht heeft.

In die zin is het Higgs-veld momenteel niet zomaar een willekeurige hypothese, maar een essentieel onderdeel van het best werkende model dat we hebben om de subatomaire wereld te beschrijven. Of het een “fundamenteel bestaand iets” is, blijft uiteindelijk een interpretatievraag — maar zijn rol in het verklaren van observaties is zeer concreet.

[wnvl1]

1. Waarom vervalt het nu gedetecteerde Higgs boson zo snel ?

Het Higgsboson vervalt zeer snel omdat het in het Standaardmodel sterk koppelt aan zware deeltjes en omdat er veel vervalkanalen beschikbaar zijn. In het Standaardmodel is de koppeling van het Higgsveld aan fermionen recht evenredig met hun massa, wat men kan schrijven als \( g_f \propto m_f \). Dit betekent dat zware deeltjes zoals b-quarks, W- en Z-bosonen en top-quarks een sterke koppeling hebben aan het Higgsveld.

Door deze sterke koppelingen heeft het Higgsboson een grote kans om te vervallen naar deze zware deeltjes. De belangrijkste vervalkanalen zijn bijvoorbeeld \( H \to b\bar{b} \), \( H \to W W^* \), \( H \to Z Z^* \), \( H \to \tau^+ \tau^- \) en ook \( H \to \gamma\gamma \), waarbij dat laatste via lusdiagrammen verloopt.

De totale vervalsnelheid wordt gekarakteriseerd door de vervalbreedte \( \Gamma \). De levensduur \( \tau \) van het Higgsboson hangt hiermee samen via de onzekerheidsrelatie
\[
\tau \approx \frac{\hbar}{\Gamma}.
\]

Voor het Higgsboson met een massa van ongeveer \( 125 \,\mathrm{GeV} \) is de totale vervalbreedte ongeveer \( \Gamma \sim 4 \,\mathrm{MeV} \), wat leidt tot een levensduur van orde
\[
\tau \sim 10^{-22} \,\mathrm{s}.
\]

Ter vergelijking: een muon heeft een levensduur van ongeveer \( 10^{-6} \,\mathrm{s} \), terwijl een foton stabiel is en dus niet vervalt.

[wnvl1]

2. Wat verandert er mogelijks aan de massa - veld- theorie als men meerdere soorten Higgs bosonen detecteert ?
.

Bedoel je dan dat er meerdere Higgs velden zijn?

[Regor]

@wnvl1,

Dank U,
Off topic:
Het is verdorie moeilijk, zo niet onmogelijk om een speld tussen te steken in u reacties, op geen enkel vlak ....... hoe kan men nu zo slim zijn !
Benevens dat slaagt U er ook in om iets intuitief te laten aanvoelen .... wat een kunst op zich is.
Toch zijn uw reacties van zo een wetenschappelijk hoog niveau dat ze enkel "sporen" nalaten in mijn oud "bellenvat".
Ik volg uw redeneringen ... maar ben niet in staat ze over te brengen naar iemand anders.
Ik hoop dat er talrijke bezoekers van ST er ook iets / veel aan hebben.
......................................
On topic,
Ik lees at random dat het niet onmogelijk is om ooit een tweede of derde soort / variant Higgs boson te detecteren.
Wat zijn de eventuele gevolgen voor het Higgs mechanisme ?

[wnvl1]

@wnvl1,

Dank U,
Off topic:
Het is verdorie moeilijk, zo niet onmogelijk om een speld tussen te steken in u reacties, op geen enkel vlak ....... hoe kan men nu zo slim zijn !

Voor alle duidelijkheid: dit is deels ‘powered by AI’. In een één-op-één gesprek zou ik het nooit zo scherp, gestructureerd en volledig kunnen formuleren.

Zie het een beetje zoals een wielrenner die op doping rijdt: de inspanning blijft van de renner zelf, maar de prestaties worden wel duidelijk versterkt. In dit geval komen de ideeën en de inhoud van mij, maar AI helpt om ze strakker te verwoorden, beter te structureren en soms net dat extra inzicht of nuance toe te voegen.

Ik vind het persoonlijk vooral een hulpmiddel om gedachten helderder te krijgen en efficiënter te communiceren — niet zozeer om “slimmer te lijken”, maar om minder ruis te hebben tussen wat ik bedoel en wat er uiteindelijk op papier komt. Ik leer daar veel van bij.

[wnvl1]

Dan wordt het allemaal complexer. Onderstaande geeft een idee van wat er kan gebeuren. Ik heb geen zicht op wat allemaal de implicaties zijn van meerdere Higgs velden, het is zo al moeilijk genoeg.


---------------------------
Als er meerdere Higgs-bosonen zouden worden ontdekt, betekent dit in de praktijk bijna altijd dat er niet één, maar meerdere Higgs-velden bestaan. Het standaardmodel bevat één complex scalair veld (een SU(2)-dublet), maar uitgebreidere modellen bevatten bijvoorbeeld twee of meer van zulke velden.

Het basisidee van het Higgs-mechanisme blijft behouden: massa ontstaat door spontane symmetriebreking van de elektrozwakke symmetrie
\[
SU(2)_L \times U(1)_Y \rightarrow U(1)_{EM}.
\]

Wat verandert, is de structuur van die symmetriebreking.

In het standaardmodel is er één vacuümverwachtingswaarde (VEV):
\[
\langle \phi \rangle = v.
\]

Met meerdere Higgs-dublets, bijvoorbeeld \( \phi_1 \) en \( \phi_2 \), krijg je:
\[
\langle \phi_1 \rangle = v_1, \quad \langle \phi_2 \rangle = v_2,
\]
en de schaal van de elektrozwakke symmetriebreking wordt dan:
\[
v^2 = v_1^2 + v_2^2.
\]

De massa's van de \( W \)- en \( Z \)-bosonen blijven van dezelfde vorm, maar hangen nu af van deze combinatie van VEV's:
\[
m_W = \frac{1}{2} g v, \quad m_Z = \frac{1}{2} \sqrt{g^2 + g'^2}\, v.
\]

Een belangrijk verschil is dat de fysische Higgs-deeltjes mengtoestanden worden van de onderliggende velden. Dat wil zeggen dat de geobserveerde scalaire deeltjes lineaire combinaties zijn van \( \phi_1 \) en \( \phi_2 \). Hierdoor veranderen hun koppelingen aan andere deeltjes.

De Yukawa-interacties worden ook complexer. In het standaardmodel is er één Higgs-veld dat aan alle fermionen koppelt:
\[
\mathcal{L}_Y = - y_f \bar{\psi}_L \phi \psi_R + h.c.
\]

Met meerdere Higgs-velden kunnen verschillende fermionen aan verschillende velden koppelen, bijvoorbeeld:
\[
\mathcal{L}_Y = - y_u \bar{Q}_L \tilde{\phi}_2 u_R - y_d \bar{Q}_L \phi_1 d_R + h.c.
\]

Dit kan helpen om de hiërarchie van fermionmassa's te verklaren, maar leidt in het algemeen tot problemen met flavor changing neutral currents (FCNC), tenzij er extra symmetrieën worden opgelegd.

Het Higgs-potentiaal wordt eveneens uitgebreider. Voor twee Higgs-dublets krijg je bijvoorbeeld termen van de vorm:
\[
V(\phi_1,\phi_2) = m_1^2 |\phi_1|^2 + m_2^2 |\phi_2|^2 - m_{12}^2 (\phi_1^\dagger \phi_2 + h.c.)
+ \lambda_1 |\phi_1|^4 + \lambda_2 |\phi_2|^4 + \lambda_3 |\phi_1|^2 |\phi_2|^2 + \cdots
\]

Dit leidt tot een rijker spectrum van fysieke deeltjes:
\[
h, \; H, \; A, \; H^+, \; H^-,
\]
waarbij \( h \) vaak het reeds ontdekte Higgs-boson is, en de andere zwaardere of exotische varianten zijn.

Samengevat: het Higgs-mechanisme zelf blijft geldig, maar wordt veralgemeend. Massa ontstaat nog steeds via spontane symmetriebreking, maar:
- er zijn meerdere velden in plaats van één,
- de fysische Higgs-deeltjes zijn mengtoestanden,
- de koppelingen aan fermionen en bosonen veranderen,
- en de theorie krijgt een veel rijkere dynamische structuur.

De ontdekking van extra Higgs-bosonen zou dus geen weerlegging zijn van het Higgs-mechanisme, maar een sterke aanwijzing voor fysica voorbij het standaardmodel.

[Regor]

@wnvl1,

Dank U,
Waw, rare redenering van AI...... maar ok, inderdaad al ingewikkeld genoeg.
Voor vandaag "het deksel erop" en van onze ster genieten !
Time out !

[OOOVincentOOO]

@wnvl,

Je bent een AI enthousiasteling. Wellicht leuk en interessant voor jouw. Maar ik denk dat de gegenereerde reacties te diep en wiskundig op de vragen van regor ingaan.

Ik ga er van uit dat regor zelf niet veel met AI doet.

Maar WNVL als jij AI om reacties vraagt kan het helpen het volgende aan AI te vragen:

"Leg ... uit op 3 niveaus van moeilijkheid en een intuïtieve beschrijving"

Dat kan regor wellicht beter helpen dan het posten van AI reacties en formules zonder volledige context en referenties.

[Regor]

@ Vincent,

Heel raar, maar het lukt mij vrij goed om de gedachtengang te volgen, de mechanismen enz ....
De formules zelf voel ik aan, maar begrijp ik niet.
Maar voor mij zijn de reacties van wnvl, zelfs met doping van AI genoeg begrijpelijk.

[Regor]

@Vincent,

Aan uitleg voor Jan met de pet heb ik niets ...... roept enkel maar vragen op !
Enkel goed voor een avondje wetenschap in het cultureel centrum:van het dorp.