Поле Хиггса – это особый вид материи (идеальная сплошная среда), который лежит в основании всего материального мира Вселенной. Это скалярное поле потенциальной энергии, которое можно представить как механическую систему, обладающую бесконечным количеством внутренних степеней свободы, которую характеризуют при помощи:
- скалярного поля плотности потенциальной энергии,
- векторного поля скоростей.
Считают, что квантами поля Хиггса являются:
- отрицательный двойной бозон Хиггса;
- положительный двойной бозон Хиггса;
- $Z$ - бозон, не несущий заряда.
$Z$ - бозон объединяет первые две частицы.
Существует гипотеза о том, что Вселенная представляет собой неразрывную тройную структуру, которая состоит из перечисленных выше бозонов – нейтральной поверхности раздела фаз скалярного поля потенциальной энергии.
Применяя гипотезу о поле Хиггса, объясняют нарушение симметрии электрослабых взаимодействий, поскольку оно нарушает симметрию вакуума. Поле Хигса используют в Стандартной модели, которая объединяет слабые и электромагнитные взаимодействия.
Физические свойства поля Хиггса
Поле Хиггса играет основную роль в физических теориях массы. В соответствии с теорией элементарные частицы получают массу при взаимодействии с квантовым полем Хиггса, которое пронизывает всю Вселенную.
Масса составной частицы складывается из суммы масс покоя частиц, которые в нее входят и кинетической энергии их перемещения и потенциальной энергии взаимодействия.
Энергия и масса связаны уравнением Эйнштейна:
$E=mc^2 (1),$
где $c$ - скорость света.
Элементарные частицы, например, кварки, электроны, являются неделимыми. Если следовать современной теории, то их массы – это результат взаимодействия этих частиц и поля Хиггса.
Поле Хиггса – это квантовое поле, обладающее следующими основными свойствами:
- Любое поле можно характеризовать спином (величиной углового момента), частицы носителя соответствующего поля. Так, спин электрона равен одной второй. Спин бозона (носителя поля Хиггса) равен нулю.
- Напряженность поля Хиггса везде неравна нулю. Если напряженность поля неравна нулю, то имеющаяся в нем энергия способствует увеличению энергии системы. Но, для поля Хиггса энергия Вселенной является наименьшей, когда его напряженность отлична от нуля. В состоянии, которое называют естественным, Вселенную всюду пронизывает поле Хиггса, и ее энергия минимальна. Особенность поля Хигса связывается с отличиями во взаимодействии с другими частицами. Эти частицы ведут себя так, как будто обладают массой, пропорциональной напряженности поля, которая умножается на силу взаимодействия.
Получается, что возникновение массы протонов, нейтронов вызвано перемещением кварков, являющихся составными частями нуклонов.
Если бы поля Хиггса не было, то массы электронов и кварков были бы раны нулю.
Поле Хигса должно представлять собой сплошную среду, движение которой в пространстве описывает скалярное поле плотности энергии и векторное поле скоростей.
Скалярное поле описывают при помощи числа, модуль которого способен к изменению. Скалярное поле одномерно.
Полагают, что поле Хиггса – это идеальная сплошная среда, которую нельзя уподобить газу или жидкости.
Свойства идеальной сплошной среды
Идеальной сплошной средой называют существующую саму по себе непрерывную, бесконечную и неуничтожимую материю.
Ее ключевые свойства:
- Она не может делиться на части.
- У нее отсутствуют края.
- Она выглядит одинаково во всех направлениях. Является изотропной, однородной и имеет максимальную симметрию.
- Ее плотность способна изменяться бесконечно в обе стороны, но не может быть равна нулю.
Главное свойство идеальной среды – это ее эластичность. Поле Хигса – это физическое скалярное поле потенциальной энергии. Деформация этой идеальной среды равно локальному изменению плотности физического скалярного поля Хиггса.
Сущность идеальной сплошной среды в ее бесконечной протяженности (это бесконечное пространство).
Сущностью потока длительности физического скалярного поля периодов времени – это бесконечное движение.
Совокупность данных сущностей рождает пространственно- временной континуум. Основой данного континуума является бесконечное движение
Основой данного континуума является бесконечное движение безграничного пространства.
Колебания – это самый простой вид движения идеальной среды. Гравитационные волны простейший вид движения, который свойственен идеальной сплошной среде.
Так, скалярное поле Хиггса – это континуум пространства и времени, где:
- Пространство является идеальной сплошной средой, скалярным полем потенциальной энергии в нейтральной недеформированной фазе.
- Временной континуум определяет направление сдвига нейтральной фазы поля потенциальной энергии и электрический заряд локальных плотностей этого поля, которые появляются при его деформации.
Энергия поля Хиггса
Объемная плотность энергии скалярного поля Хиггса определяется как:
$w=\frac{E}{V}(2),$
где $V=\frac{4\pi R^3}{3}$.
Из выражения (2) следует, что плотность энергии скалярного поля, которое заключено в сферическую оболочку радиусом $R$, обратно пропорциональна объему этой полученного шара. Чем меньше объем локального фазового возмущения поля потенциальной энергии, тем больше плотность в этом объеме, соответственно больше масса покоя локального возмущения поля Хиггса.
В релятивистской теории гравитации совместно с отрицательной энергией связи системы притягивающихся тел возникает понятие положительной энергии, которую излучает система в виде волн гравитации. Суммарная механическая энергия системы уменьшается на величину энергии, уносимой из системы гравитационными волнами.
Отличительной чертой идеальной сплошной среды служит то, что она замкнута на бесконечность. Бесконечность понимают как процесс, а не число.
Вселенная замкнута, следовательно, ее механическая энергия является постоянной, гравитационные волны эту энергию никуда не выносят из Вселенной. Данная энергия должна преобразовываться внутри самой Вселенной.
Энергия гравитационных волн тратится на рост объема Вселенной, поскольку бесконечность мы полагаем процессом. С ростом объема Вселенной в прямой пропорции увеличивается величина потенциальной силы упругости сжатия сплошной среды. В результате работы сил упругости при сжатии суммарная механическая энергия системы остается без изменения.
Локальные нулевые колебания нейтральной фазы поля потенциальной энергии порождают в идеальной сплошной среде волны плотности этой энергии (гравитационные волны), которые расходятся от источника возмущения.
В недеформированном состоянии скалярное поле потенциальной энергии обладает нулевой кривизной, и является плоским пространством.
