Механизм Хиггса

Для объяснения массы калибровочных бозонов без нарушения законов природы используется понятие спонтанного нарушения симметрии. Вводится дополнительное поле — поле Хиггса, которое взаимодействует со всеми другими полями и через это взаимодействие сообщает массу калибровочным бозонам.

Пример потенциала Хиггса V, зависящего от комплексного однокомпонентного поля.

Очевидно, что имеется множество минимумов потенциала (окружность минимумов в двух измерениях). Минимумы потенциалов — наиболее выгодное состояние поля, поскольку в них энергия поля минимальна. Таким образом, поле Хиггса имеет более одного основного состояния (то есть состояния с минимальной энергией), и речь идёт о «вырожденном основном состоянии».

который получается при вычислении нулевых состояний. Тогда можно определить поле Хиггса, чтобы столько компонент, сколько имеется калибровочных полей, которым нужно придать массу, не оставляли множество нулевых положений, исходя из всего одного нулевого положения. Для однокомпонентного комплексного поля, потенциал которого можно представить как дно бутылки с шампанским, такая компонента является угловой компонентой, определяющей место на окружности минимумов. Эти компоненты не меняют энергию поля Хиггса. Их можно отбросить, поскольку они не имеют значения для рассматриваемого эффекта.

Оставшиеся компоненты меняют энергию хиггсовского поля, и их отбросить нельзя. Эти компоненты можно описать как поля частиц, названных впоследствии хиггсовскими бозонами. Вакуумное ожидаемое значение даёт вместе с выражениями для калибровочных полей из инвариантной производной выражения для масс. Поскольку при калибровочных преобразованиях меняется хиггсовское поле, из выражений для взаимодействия между калибровочными полями и хиггсовскими бозонами при калибровочном преобразовании получаются выражения, которые упраздняют дополнительные усложнения из выражений для масс калибровочных полей. Таким образом, уравнение движения подчиняется требованию калибровочной инвариантности, несмотря на возможные массовые усложнения.

Стандартная модель требует хиггсовского механизма нарушения электрослабой симметрии, но не говорит о том, как именно работает этот механизм.

В многодублетных моделях Хиггса количество физических бозонов Хиггса возрастает, например, в модели приватного Хиггса имеется по одному дублету на каждый фермион, что позволяет устранить проблему иерархий фермионных масс.

В Минимальной Суперсимметричной Стандартной Модели (MSSM, minimal supersymmetric Standard Model) имеется два хиггсовских дублета.

В Следующей за Минимальной Суперсимметричной Стандартной Модели (NMSSM, next-to-minimal supersymmetric Standard Model) имеется два дублета и один синглет.

В модели «Малого Хиггса» бозон Хиггса является не фундаментальной частицей, а состоит из каких-то новых частиц массой 10 ТэВ или выше, что позволяет естественным образом устранить так называемый «LEP-парадокс» (ненаблюдение предсказанных новых частиц, в частности на коллайдере LEP с суммарной энергией 200 ГэВ).