Возможно ли отключать законы природы?

[Munin]

mihaild
Это не вы чего-то не понимаете, это epros чего-то не понимает.

[realeugene]

mihaild в сообщении #1394345 писал(а):

Так вроде бы то, что знали физики 19 века, никуда не делось - шарики падают всё с тем же ускорением.

Ан нет, не совсем. Оказалось, что если внимательно присмотреться к шарикам, то и шарики вовсе не такие уж и шарики, и их ускорение немного не "всё то же".

[Ruslan_Sharipov]

Munin в сообщении #1393248 писал(а):

Потом оказалось, что если вложить в вакуум очень много энергии, и совершить в обратную сторону электрослабый фазовый переход, то поле Хиггса станет нулевым, и все частицы станут безмассовыми.

Сколько вложить? Как вложить? Где у вакуума то место, куда следует вложить много энергии? Становятся ли внутри чёрной дыры все частицы безмассовыми. Ведь там очень много энергии в очень малом пространстве сконцентрировано.

[Munin]

Ruslan_Sharipov в сообщении #1399253 писал(а):

Сколько вложить?

Соответствующая температура равна по порядку величины массе бозона Хиггса.

Ruslan_Sharipov в сообщении #1399253 писал(а):

Как вложить? Где у вакуума то место, куда следует вложить много энергии?

Разумеется, эта фраза - жаргонное сокращение, подразумевающее "заполнить вакуум частицами, такими что их средняя энергия будет достаточно велика" (при этом частицы будут рождать другие частицы, отчего и количество частиц установится некоторым термодинамически-равновесным, когда ваша энергия превысит по порядку величины $ms^2$). Чем именно заполнять - не важно и не принципиально, поскольку на таких энергиях всё равно состав получающегося "супа частиц" будет один и тот же: там будет (грубо) поровну частиц всех типов. Например, можно начать с электромагнитного излучения.

Ruslan_Sharipov в сообщении #1399253 писал(а):

Становятся ли внутри чёрной дыры все частицы безмассовыми. Ведь там очень много энергии в очень малом пространстве сконцентрировано.

Внутри чёрной дыры много места. Скорее всего, вы имели в виду окрестность сингулярности. Да, там, видимо, концентрация энергии быстро растёт и приводит ко всем этим изменениям, но есть нюанс: после этого падение в сингулярность наступает так быстро, что никакие частицы не успевают термализоваться, прийти в термодинамическое равновесие. Грубо говоря, если за время $\tau$ до падения в сингулярность у частицы будет энергия $E\sim\hbar/\tau,$ то пролететь с этой энергией частица успеет не большее расстояние, чем $c\tau,$ и может просто не успеть долететь до соседней частицы.

[Gickle]

Munin в сообщении #1393248 писал(а):

и все частицы станут безмассовыми.

Мне кажется, что раз уж тема изначально допускает наличие участников layman-уровня, то стоит несколько аккуратнее выражаться и, например, более чётко обозначать, что здесь подразумевается под "всеми частицами".

[Munin]

Все частицы так называемой Стандартной Модели, все фундаментальные частицы:

[1]

[1] https://ru.wikipedia.org/wiki/Стандартная_модель
[2] https://old.elementy.ru/LHC/HEP/SM на "Физика элементарных частиц", Elementy.ru
[3] http://nuclphys.sinp.msu.ru/enc/e156.htm на "Частицы и атомные ядра. Основные понятия", НИИЯФ МГУ

Например, протон весьма массивен несмотря на то, что хиггсовская масса составляющих его кварков - составляет в лучшем случае несколько процентов его массы. Возможно, если кварки станут безмассовыми, протон останется массивным. Правда, в описываемых условиях протонов никаких уже не будет: произойдёт деконфайнмент, кварков будет много, и они будут образовывать сплошную кварк-глюонную плазму, не поделённую на протоны и другие адроны.

[arseniiv]

Munin
А как можно говорить, что например $Z$ станет безмассовым, если при ненарушенной электрослабой симметрии о нём мало смысла говорить? Кажется.

[Munin]

А, ну конечно, набор бозонов из $\gamma,W^\pm,Z^0$ станет ненарушенным $W^{1,2,3},B$ (но их всё равно останется четыре). Спасибо за замечание.

[Gickle]

Munin в сообщении #1399292 писал(а):

Правда, в описываемых условиях протонов никаких уже не будет: произойдёт деконфайнмент

Опять позволю себе для "мимокрокодилов" ремарку сделать: речь не идёт о том, что если б не нарушение электрслабой симметрии, то не было бы явления конфайнмента. А о том, что на таких масштабах энергий ($\gtrsim 150 \ \text{GeV}$) адронная фаза давно позади -- температура кроссовера что-то порядка $170 \ \text{MeV}$ даже при нулевой барионной плотности. Просто, по-моему, у людей зачастую несколько неправильные представления складываются о механизме Хиггса и поле Хиггса в целом из-за широкого освещения темы в СМИ в своё время.

[Munin]

Да, большое спасибо за уточнения и поправки!

Вообще я здесь не собирался именно обо всём этом рассказывать, а только упомянул в рамках изначального вопроса темы.

[arseniiv]

(Munin)

Плюс, если я правильно понимаю, бозоны $W^{1,2,3}$ выделяются как $g^{1,\ldots,8}$ — пространство столькимерное и там какой-то базис, но так он ничем не лучше остальных, и мы-то это опять же видим, а кто-то, кто упорно упускает из виду принцип суперпозиции (средний любитель популярно изложить забывает про него, и мы на форуме год от года видим результаты), не поймёт, что это весьма сильное отличие: $\gamma,W^\pm,Z^0$ «пришпилены», и средние два из-за заряда, хоть это и комбинации, не включающие $B$.

[Munin]

arseniiv в сообщении #1399345 писал(а):

Плюс, если я правильно понимаю, бозоны $W^{1,2,3}$ выделяются как $g^{1,\ldots,8}$ — пространство столькимерное и там какой-то базис, но так он ничем не лучше остальных

Да, они абсолютно симметричны между собой. Они направлены по разным направлениям пространства группы Ли $\mathrm{SU}(2)$ внутренней симметрии, и ровно базис в касательном пространстве этой группы и подразумевается. Традиционно это матрицы Паули с номерами $1,2,3.$ (В отличие от спиновых матриц Паули с обозначениями $\sigma_1,\sigma_2,\sigma_3,$ матрицы изоспина обозначаются обычно $\tau_1,\tau_2,\tau_3.$)

(Оффтоп)

Они имеют разный электрический заряд, и у Окуня, например, обозначены $W^+,W^-,W^0,$ но реально это не играет роли, поскольку до нарушения симметрии "фотон" $B$ связывался не с электрическим зарядом, а со слабым гиперзарядом, а по отношению к нему все эти бозоны нейтральны. Кроме того, и все фермионы по отношению к нему хоть и не нейтральны, но симметричны, хотя симметрия эта другая, чем в нашем мире:

https://en.wikipedia.org/wiki/Weak_hypercharge

то есть:

правые электроны, правые нижние кварки и правые верхние кварки образуют слабые изосинглеты со слабыми гиперзарядами $-2,-{}^2\!/\!_3,+{}^4\!/\!_3,$
левые лептоны и левые кварки образуют слабые изодублеты со слабыми гиперзарядами $-1,+{}^1\!/\!_3,$ причём разные члены изодублета не имеют различий по гиперзаряду, поэтому и не расщепляются $\mathrm{U}(1)$-взаимодействием,
ненарушенные $\mathrm{SU}(2)$-бозоны образуют слабый изотриплет со слабым гиперзарядом 0.

В момент нарушения электрослабой симметрии как раз и был сделан "особенным" этот базис, то есть было выбрано направление в группе $\mathrm{SU}(2),$ ставшее "заряженным", а также был выбран угол смешивания $\theta_W$ (угол Вайнберга), под которым "перемешались" $W^3$ и $B.$

Да, насколько я понимаю, хорошо устоявшихся названий для них нет, в разной теоретической литературе можно найти разные. Приведённые мной $W^i,B$ - из книжки Емельянова (и Окуня, и Matthew Schwartz-а), но вот у Рубакова и Ченга, Ли соответствующие поля (не частицы) обозначены $A^a,B,$ у Красникова, Матвеева как $W^i,W^0$ (не путать с лоренцевскими индексами и с "незаряженным $W$-бозоном"), и может быть, где-то ещё как-то ещё.

[arseniiv]

Кстати я сейчас осознал, что не понял одну вещь: на той же en.wikipedia (а в книжках я не смотрел пока, но наверняка где-то тоже так) пишут, что $W^\pm$ это линейные комбинации $W^{1,2}$ (допустим; я забыл, какие соглашения там были) — а по какой причине могло понадобиться получать их в таком виде, а не взять просто $W^{1,2}$? Этому я могу предположить только какие-то методические основания, раз уж мы можем выбрать $W^{1,2,3}$ как нам заблагорассудится; фиксация одного из них, типа $W^3$, чтобы смешиваться с $B$, вполне оставит нам достаточно выбора, чтобы взять $W^+ = W^1, W^- = W^2$.

У меня есть глупое предположение (но скорее всего оно не годится), что хотелось, чтобы люди не путали, что старые бозоны как раз не заряжены (потому что, как вы написали, $B$ не о том заряде), вот и для пущего их перемешали. Но это не годится даже как методическая причина, по-моему, а уж тем более при построении простой теории, так что скорее всего я чего-то не знаю.

[Munin]

arseniiv в сообщении #1399380 писал(а):

Кстати я сейчас осознал, что не понял одну вещь: на той же en.wikipedia (а в книжках я не смотрел пока, но наверняка где-то тоже так) пишут, что $W^\pm$ это линейные комбинации $W^{1,2}$ (допустим; я забыл, какие соглашения там были) — а по какой причине могло понадобиться получать их в таком виде, а не взять просто $W^{1,2}$?

Дело в том, что $W^{1,2}$ являются аналогами $W^3$ в соответствующих направлениях трёхмерного касательного пространства. Они образуют базис $\left(\begin{smallmatrix}\smash{-1/\sqrt{2}}\vphantom{0}\\0\\\smash{1/\sqrt{2}}\vphantom{0}\end{smallmatrix}\right),\left(\begin{smallmatrix}\smash{1/\sqrt{2}}\vphantom{0}\\0\\\smash{1/\sqrt{2}}\vphantom{0}\end{smallmatrix}\right),\left(\begin{smallmatrix}0\\1\\0\end{smallmatrix}\right).$

(Оффтоп)

нагло списано отсюда: https://en.wikipedia.org/wiki/Spin_(physics)#Higher_spins

Но когда у нас включается электромагнитное взаимодействие, после нарушения симметрии, эти разные изоспины обретают электрический заряд, и начинают расщепляться взаимодействием (например, по энергии в каком-то электрическом потенциале). И тогда выделенным становится другой базис, $\left(\begin{smallmatrix}1\\0\\0\end{smallmatrix}\right),\left(\begin{smallmatrix}0\\1\\0\end{smallmatrix}\right),\left(\begin{smallmatrix}0\\0\\1\end{smallmatrix}\right),$ и по отношению к нему мы имеем другие названия, разумеется,

$$W^\pm=\tfrac{1}{\sqrt{2}}(W^1\mp iW^2).$$

Разумеется, и до нарушения симметрии мы могли взять тот же базис: это был бы, допустим, обозначим его $W^{3(+)},W^{3(0)},W^{3(-)},$ но никакой выделенности он тогда не имел, и сама 3-я ось тоже не имела, так что чисто из красоты и симметрии формул, наверное, всё-таки пишут $W^{1},W^{2},W^{3}.$ По сути, это единое поле, просто с тремя компонентами (комплексными, кажется), и всё равно как его рассматривать.

Простая наглядная аналогия: если мы в атоме водорода рассматриваем $2p$-состояния электрона, знаменитые $2p$-орбитали, то они тоже могут быть рассмотрены в двух базисах (из множества). В химии их любят рисовать в виде "гантелек" вдоль осей $x,y,z,$ и это аналогично базису $1,2,3.$ Однако в физике, решая уравнение Шрёдингера для атома, удобнее классифицировать состояния по магнитному моменту (дающему энергетическое расщепление в магнитном поле), и соответственно, те же состояния записывать в базисе $m_z=+1,0,-1,$ изображаемом пространственно как одна "гантелька" и два "бублика" с кольцевым током электрона: с вращением в одну и в другую сторону. Например, сравните две картинки:

(Оффтоп)


https://en.wikipedia.org/wiki/File:Neon_orbitals.JPG


https://en.wikipedia.org/wiki/File:Atomic_orbitals_n123_m-eigenstates.png

TL; DR: Для выбора $W^\pm$ есть вполне физические основания, а для выбора $W^{1,2,3}$ - как раз "методические".