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Quantenmechanik, Relativitätstheorie und der ganze Rest. Wenn Sie Themen diskutieren wollen, die mehr als Schulkenntnisse voraussetzen, sind Sie hier richtig. Keine Angst, ein Physikstudium ist nicht Voraussetzung, aber man sollte sich schon eingehender mit Physik beschäftigt haben.

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  #1  
Alt 13.06.19, 23:00
Bernhard Bernhard ist offline
Moderator
 
Registriert seit: 14.06.2017
Beiträge: 1.269
Standard Wie funktioniert das Standardmodell der Elementarteilchen?

Hallo zusammen,

ich möchte hiermit ein neues Thema zur Diskussion stellen, das mich nun nebenher schon etwas länger beschäftigt und zugleich auch in recht positiver Weise interessiert. Es geht um das Standardmodell der Elementarteilchen inklusive Higgs-Mechanismus, das bekanntlich noch einige recht grundlegende Fragen offen läßt. Was liegt also näher, als alle Prinzipien zusammen zutragen, die als unverzichtbar gelten und zu überlegen, welcher Rahmen für prinzipiell mögliche Theorien dadurch gegeben wird. Da so ein Ansatz noch relativ überschaubar bleibt und relativ schnell zu interessanten Überlegungen und Kritiken führt, verlinke ich mal die ersten Ergebnisse und Kommentare dazu, die im Nachbarforum zu finden sind:

https://www.astronews.com/forum/show...gs-Mechanismus

Der Titel des Themas sollte dabei bitte nicht zu wortwörtlich genommen werden. Es geht tatsächlich darum ein brauchbares Verständis im Umfeld des Standardmodells zu entwickeln. Aktuell ist ein Minimalmodell definiert und es wäre nun sehr spannend zu sehen, welche Wirkungsquerschnitte sich daraus ergeben.

Ich möchte die Diskussion dabei möglichst weitgehend auf die elektromagnetische und schwache Wechselwirkung beschränken. Ihr werdet sehen, dass dieses Gebiet alleine bereits umfangreich genug ist.

Jede(r), der mitrechnen oder konstruktiv kommentieren will, ist sehr herzlich dazu eingeladen.
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Freundliche Grüße, B.

Überhaupt droht ja jedem universelle Geltung heischenden Ansatz die Sphinx der modernen Physik, die Quantentheorie - T. Kaluza, 1921
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  #2  
Alt 18.06.19, 10:04
n4mbuG0t0 n4mbuG0t0 ist offline
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Registriert seit: 25.09.2018
Beiträge: 42
Standard AW: Wie funktioniert das Standardmodell der Elementarteilchen?

Mal sehen ob ich dich hier richtig verstehe.

So wie ich das sehe gehst du von drei Eichfeldern aus (W+-,Z)?

Falls ja, dann klappt das mit U(1) alleine nicht (es fehlen die Generatoren).
Du musst also mind. SU(2) nehmen. Wenn du aber SU(2) nimmst,
ist dein Masseterm problematisch.

Vereinfacht gesagt: Der explizite Masseterm der Eichfelder funktioniert mit U(1),
aber nicht mehr mit SU(2). Dein "eleganter" Weg ist also einfach auf SU(2) verzichten.
Nun musst du aber per Hand 3 Eichfelder einfügen, wobei der Name Eichfeld dann nicht mehr gerechtfertigt ist, denn es können nicht alle drei Eichfelder der U(1) sein.

EDIT: Die weiteren Folgerungen lass ich jetzt mal weg (Kopplung von links- vs. rechtshändigen Fermionen unterschiedlich, Z_0 koppelt nochmal anders (an überhaupt allem)). Das sind
experimentelle Befunde, und du müsstest das alles mit reiner U(1) erklären, ich sehe nicht wie das zu machen wäre.

Geändert von n4mbuG0t0 (18.06.19 um 10:08 Uhr)
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  #3  
Alt 23.06.19, 21:19
Bernhard Bernhard ist offline
Moderator
 
Registriert seit: 14.06.2017
Beiträge: 1.269
Standard AW: Wie funktioniert das Standardmodell der Elementarteilchen?

Zitat:
Zitat von n4mbuG0t0 Beitrag anzeigen
Dein "eleganter" Weg ist also einfach auf SU(2) verzichten.
Ich will eher wissen, ob die SU(2) wirklich unverzichtbar ist. Ein gewisser Hinweis darauf ergibt sich dabei aus den nachgewiesenen Zerfallskanälen des Myons. Da gibt es (scheinbar) die Erhaltung der Lepton-Flavors und gemäß Noether-Theorem gehört zu jedem Erhaltungssatz auch eine Symmetrie.
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Geändert von Bernhard (23.06.19 um 21:42 Uhr)
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  #4  
Alt 25.06.19, 08:08
n4mbuG0t0 n4mbuG0t0 ist offline
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Registriert seit: 25.09.2018
Beiträge: 42
Standard AW: Wie funktioniert das Standardmodell der Elementarteilchen?

Naja das Standardmodell ist eine Eichtheorie mit spontan gebrochener SU(3)_C x SU(2)_L x U(1)_Y Eichsymmetrie. Kurz gesagt:

SU(3)_C x SU(2)_L x U(1)_Y ==SSB==> SU(3)_C x U(1)_EM

Wenn du also auf der rechten Seite beginnst, kann das schon klappen, aber dann musst du die "Eichfelder" (welche ja dann keine mehr sind wenn du die linke Seite ignorierst) einfach postulieren und auch dann kommst du wohl nicht um das Higgs rum.
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  #5  
Alt 25.06.19, 08:53
Bernhard Bernhard ist offline
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Registriert seit: 14.06.2017
Beiträge: 1.269
Standard AW: Wie funktioniert das Standardmodell der Elementarteilchen?

Zitat:
Zitat von n4mbuG0t0 Beitrag anzeigen
Naja das Standardmodell ist eine Eichtheorie mit spontan gebrochener SU(3)_C x SU(2)_L x U(1)_Y Eichsymmetrie.
Yep.

Zitat:
dann kommst du wohl nicht um das Higgs rum.
Auch klar. Das Higgs-Boson wurde ja am CERN bereits nachgewiesen. Die Frage ist vielmehr, ob es Alternativen zum Higgs-Mechanismus gibt und wie diese prinzipiell aussehen könnten.

Ich sehe mittlerweile jedoch auch, dass es da auch im Sinne "meines" Nachbarthemas auf Astronews nicht gerade viel Spielraum gibt. So erfüllen z.B. die Felder für das W- und Z-Boson (aufgrund einer geschickten Kopplung an das Higgs-Feld) auch im Standardmodell die Proca-Gleichung und damit ist eine mir sehr wichtig erscheinende Eigenschaft erfüllt.
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  #6  
Alt 25.06.19, 10:13
n4mbuG0t0 n4mbuG0t0 ist offline
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Beiträge: 42
Standard AW: Wie funktioniert das Standardmodell der Elementarteilchen?

Zitat:
Zitat von Bernhard Beitrag anzeigen
Das Higgs-Boson wurde ja am CERN bereits nachgewiesen. Die Frage ist vielmehr, ob es Alternativen zum Higgs-Mechanismus gibt und wie diese prinzipiell aussehen könnten.
Ja so hätte ich deine Überlegungen auf Astronews auch verstanden. Deshalb mein Einwand dass man so vermutlich keine Alternative zum Higgs-Mechanismus finden wird (meine Einwände sind natürlich kein Beweis dass es nicht geht, ich sehe nur nicht wie).
Eine Alternative müsste auch irgendwie die experimentellen Befunde bzgl. Higgs am CERN erklären (Energien, Streuquerschnitte, alle Einflüsse des Higgs-Bosons (der Higgs-Bosonen, ist m.W.n noch nicht auszuschließen)).

So wie ich deine Überlegungen auf Astronews interpretiere ist es der Vacuum-EW des Higgs-Feldes welcher dich stört?
Das Problem ist: Ein expliziter Masseterm müsste oben bereits auf der linken Seite stehen, und hier hat man halt einfach das Problem der Eichinvarianz. Du müsstest also einen Weg finden durch spontane Symmetriebrechung Masseterme zu generieren. Dies ist nicht möglich (der Higgs-Mechanismus fußt nicht auf SSB sondern auf dem endlichen Vakuum-EW des Higgs-Feldes, und das willst du ja genau nicht haben so wie ich dich verstehe).
Der Higgs-Mechanismus ist also die einzige bekannte Möglichkeit die Masseterme auf der rechten Seite zu generieren ohne die Eichinvarianz auf der linken Seite zu verletzen.
Es ist quasi der einzige bekannte Weg eine Eichsymmetrie durch SSB "loszuwerden" und als quasi "Nebenprodukt" die Massen der entsprechenden Vektor-Bosonen zu erhalten.

Um alternativen zu finden würde ich an der linken Seite ansetzen, ohne Masseterme (also mit Eichinvarianz), und evt. einen anderen Weg suchen diese auf der rechten Seite zu erzeugen ( evt. weitere interne WW von Teilchen, natürlich Eichinvariante Terme, etc.). Natürlich müsste man wie bereits erwähnt auch die experimentellen Befunde dadurch erklären. Scheint mir keine einfache Aufgabe zu sein.
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  #7  
Alt 25.06.19, 11:14
Bernhard Bernhard ist offline
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Standard AW: Wie funktioniert das Standardmodell der Elementarteilchen?

Zitat:
Zitat von n4mbuG0t0 Beitrag anzeigen
So wie ich deine Überlegungen auf Astronews interpretiere ist es der Vacuum-EW des Higgs-Feldes welcher dich stört?
Korrekt. Das ist der eigentlich "Aufhänger" für dieses Thema. Den aktuell verwendeten VEV (=Vacuum expectation value) empfinde ich definitiv als hinterfragenswert.

Zitat:
Der Higgs-Mechanismus ist also die einzige bekannte Möglichkeit die Masseterme auf der rechten Seite zu generieren ohne die Eichinvarianz auf der linken Seite zu verletzen.
Stimmt. Das heißt aber nicht, dass es da nicht andere Möglichkeiten gibt.

Zitat:
Scheint mir keine einfache Aufgabe zu sein.
Klar. Sonst gäbe es dazu bereits Vorschläge.

Laut Wikipedia wird hier aber auch am CERN noch geforscht, wie z.B. Myon-Elektron-Konversion über das Z-Boson. Dies wäre ein Widerspruch zur Flavour-Leptonenzahl-Erhaltung und würde (wohl?) eine Überarbeitung des Standardmodells erfordern.
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  #8  
Alt 25.06.19, 12:52
n4mbuG0t0 n4mbuG0t0 ist offline
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Standard AW: Wie funktioniert das Standardmodell der Elementarteilchen?

Zitat:
Zitat von Bernhard Beitrag anzeigen
Laut Wikipedia wird hier aber auch am CERN noch geforscht, wie z.B. Myon-Elektron-Konversion über das Z-Boson. Dies wäre ein Widerspruch zur Flavour-Leptonenzahl-Erhaltung und würde (wohl?) eine Überarbeitung des Standardmodells erfordern.
Ich gehe auch davon aus dass das Standardmodell noch weitere Überarbeitungen erhält, dass es so schnell den Higgs-Mechanismus trifft (und damit meine ich dass er gänzlich ersetzt wird) halte ich allerdings derzeit für unwahrscheinlich.
Es gibt ja auch gar nicht so wenig Alternativen die ohne Higgs-Feld auskommen, allerdings kenne ich diese zu wenig um qualifizierte Aussagen zu treffen welche davon wirklich noch Potential haben, nach der Entdeckung des Higgs-Bosons.
Ich persönlich finde die Ideen mit Extra-Dimensionen interessant, allerdings verursachen diese m.M.n im Moment mehr Probleme als sie lösen .

Geändert von n4mbuG0t0 (25.06.19 um 13:28 Uhr)
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  #9  
Alt 25.06.19, 18:45
Bernhard Bernhard ist offline
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Der Vollständigkeit halber eine zum Thema passende WP-Seite: Alternatives to the Standard Higgs Model
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