Der Higgs-Effekt wurde erstmals 1968 von Autoren der PRL Symmetry Breaking Papers theoretisiert. Im Jahr 1964 schrieben drei Teams wissenschaftliche Arbeiten, die verwandte, aber unterschiedliche Ansätze vorschlugen, um zu erklären, wie Masse in lokalen Eichtheorien entstehen könnte.

Im Jahr 2013 wurde das Higgs-Boson und implizit der Higgs-Effekt am Large Hadron Collider vorläufig nachgewiesen (und das Higgs-Boson wurde am 4. Juli 2012 entdeckt). Der Effekt wurde als Auffinden eines fehlenden Teils des Standardmodells angesehen.

Gemäß der Eichtheorie (der Theorie, die dem Standardmodell zugrunde liegt) sollten alle krafttragenden Teilchen masselos sein. Die Kraftteilchen, die die schwache Kraft vermitteln, haben jedoch Masse. Dies ist auf den Higgs-Effekt zurückzuführen, der die SU (2) -Symmetrie bricht; (SU steht für Special Unitary, eine Art Matrix, und 2 bezieht sich auf die Größe der beteiligten Matrizen).Eine Symmetrie eines Systems ist eine Operation, die an einem System durchgeführt wird, wie z. B. Rotation oder Verschiebung, die das System grundsätzlich unverändert lässt. Eine Symmetrie liefert auch eine Regel dafür, wie etwas immer handeln sollte, es sei denn, es wird von einer äußeren Kraft beeinflusst. Ein Beispiel ist ein Zauberwürfel. Wenn wir einen Zauberwürfel nehmen und ihn durch beliebige Bewegungen verschlüsseln, ist es immer noch möglich, ihn zu lösen. Da jede Bewegung, die wir machen, den Zauberwürfel immer noch lösbar lässt, können wir sagen, dass diese Bewegungen ‚Symmetrien‘ des Zauberwürfels sind. Zusammen bilden sie die sogenannte Symmetriegruppe des Zauberwürfels. Wenn Sie eine dieser Bewegungen ausführen, ändert sich das Rätsel nicht und es bleibt immer lösbar. Aber wir können diese Symmetrie brechen, indem wir den Würfel auseinander nehmen und auf völlig falsche Weise wieder zusammensetzen. Egal welche Züge wir jetzt versuchen, es ist nicht möglich, den Würfel zu lösen. Den Würfel auseinander zu brechen und ihn auf die falsche Weise wieder zusammenzusetzen, ist die ‚äußere Kraft‘: Ohne diese äußere Kraft macht nichts, was wir dem Würfel antun, ihn unlösbar. Die Symmetrie des Zauberwürfels besteht darin, dass er unabhängig von unseren Bewegungen lösbar bleibt, solange wir den Würfel nicht auseinander nehmen.

Entstehung des Higgs-Bosonsbearbeiten

Die Art und Weise, wie die SU(2) -Symmetrie gebrochen wird, wird als „spontaner Symmetriebruch“ bezeichnet. Spontan bedeutet zufällig oder unerwartet, Symmetrien sind die Regeln, die geändert werden, und Brechen bezieht sich auf die Tatsache, dass die Symmetrien nicht mehr gleich sind. Das Ergebnis des spontanen Brechens der SU (2) -Symmetrie kann ein Higgs-Boson sein.

Das sogenannte „Mexican Hat Potential“

Grund für den Higgs-Effektbearbeiten

Der Higgs-Effekt tritt auf, weil die Natur zum niedrigsten Energiezustand „tendiert“. Der Higgs-Effekt wird auftreten, weil Messbosonen in der Nähe eines Higgs-Feldes in ihren niedrigsten Energiezuständen sein wollen, und dies würde mindestens eine Symmetrie brechen.

Um es zu rechtfertigen, einem vermeintlich masselosen Teilchen Masse zu verleihen, waren Wissenschaftler gezwungen, etwas Außergewöhnliches zu tun. Sie nahmen an, dass Vakuum (leerer Raum) tatsächlich Energie hatte, und auf diese Weise würde, wenn ein Teilchen, das wir als masselos betrachten, in es eintreten würde, die Energie aus dem Vakuum in dieses Teilchen übertragen und ihm Masse verleihen. Ein Mathematiker namens Jeffrey Goldstone hat bewiesen, dass eine Reaktion auftritt, wenn Sie eine Symmetrie verletzen (z. B. eine Symmetrie mit einem Zauberwürfel, wenn Sie angeben, dass die Ecken immer 0 oder 3 Mal gedreht werden müssen, um lösbar zu sein (es funktioniert)). Im Falle des Zauberwürfels wird der Würfel unlösbar, wenn er verletzt wird. Im Falle des Higgs-Feldes wird etwas produziert, das nach Jeffrey Goldstone (und einem anderen Wissenschaftler, der mit ihm namens Yoichiro Nambu arbeitete) benannt ist, ein Nambu-Goldstone-Boson. Dies ist eine angeregte oder energetische Form des Vakuums, die wie oben gezeigt grafisch dargestellt werden kann. Dies wurde zuerst von Peter Higgs erklärt.