Differenze tra le versioni di "Meccanismo di Brout-Englert-Higgs"

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Il '''meccanismo di Higgs''' o '''meccanismo di Brout–Englert–Higgs''' o '''meccanismo di Englert-Brout-Higgs-Guralnik-Hagen-Kibble''', proposto su un'idea di [[Philip Warren Anderson|Philip Anderson]], è il meccanismo teorico che conferisce [[Massa (fisica)|massa]] ai [[Bosone di gauge|bosoni di gauge]] [[Interazione debole|deboli]] [[Bosoni W e Z|W e Z]]<ref name=PDG>G. Bernardi, M. Carena, and T. Junk: "Higgs bosons: theory and searches", Reviews of Particle Data Group: Hypothetical particles and Concepts, 2007, http://pdg.lbl.gov/2008/reviews/higgs_s055.pdf</ref> e, nella sua [[accezione]] più generale, anche ai [[fermione|fermioni]], cioè a tutte le [[particelle elementari]] dotate di [[Massa (fisica)|massivemassa]].
 
Si può considerare generato da un caso elementare di [[condensazione tachionica]] di un [[campo scalare]] complesso, detto [[campo di Higgs]] (di cui uno dei [[Quanto|quanti]] è il [[bosone di Higgs]]), che innesca una [[rottura spontanea di simmetria]].
==Origine e sviluppo dell'idea==
[[File:AIP-Sakurai-best.JPG|thumb|left|upright=0.9|Cinque dei sei vincitori del Premio Sakurai 2010 dell'American Physical Society: Kibble, Guralnik, Hagen, Englert e Brout.]]
L'ipotesi innovatrice fu formulata da Peter Higgs all'[[università di Edimburgo]]<ref>{{Cita pubblicazione | autore=Peter W. Higgs | titolo=Broken Symmetries and the Masses of Gauge Bosons | rivista=Physical Review Letters | volume=13 | anno=1964 | pagine=508–509 | doi=10.1103/PhysRevLett.13.508}}</ref>, da [[Robert Brout]] e François Englert all'[[Université Libre de Bruxelles]]<ref>{{Cita pubblicazione | autore=F. Englert and R. Brout | titolo=Broken Symmetry and the Mass of Gauge Vector Mesons | rivista=Physical Review Letters | volume=13 | anno=1964 | pagine=321–323 | doi=10.1103/PhysRevLett.13.321}}</ref> e da [[Gerald Guralnik]], [[Carl Richard Hagen]] e [[Thomas Kibble]] all'[[Imperial College London|Imperial College]]<ref>{{Cita pubblicazione | autore=G. S. Guralnik, C. R. Hagen, and T. W. B. Kibble | titolo=Global Conservation Laws and Massless Particles | rivista=Physical Review Letters | volume=13 | anno=1964 | pagine=585–587 | doi=10.1103/PhysRevLett.13.585}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione | autore=Gerald S. Guralnik | titolo=The History of the Guralnik, Hagen and Kibble development of the Theory of Spontaneous Symmetry Breaking and Gauge Particles | rivista=International Journal of Modern Physics | volume=A24 | anno=2009 | pagine=2601-2627 | url=http://arxiv.org/abs/0907.3466 | doi=10.1142/S0217751X09045431}}</ref>, ed era quella di dare massa ada un [[bosoni vettore|bosone vettore]] (detto anche [[bosone di gauge]]) mediante l'[[accoppiamento (fisica)|accoppiamento]] con un [[campo scalare]], poi denominato campo di Higgs. L'importanza fondamentale degli articoli originali di tutti questi autori per la formulazione del meccanismo di Higgs (il nome fu proposto da [[Gerardus 't Hooft]] nel 1971) fu ufficialmente riconosciuta nel 2008, in occasione della celebrazione per il 50º anniversario della rivista [[Physical Review Letters]]<ref>[http://prl.aps.org/50years/milestones#1964 Physical Review Letters - 50th Anniversary Milestone Papers]</ref>.
 
Il risultato del meccanismo di Higgs è stato ottenuto nel contesto di un modello di [[rottura spontanea di simmetria]] del tipo proposto da [[Yoichiro Nambu]]<ref>{{Cita pubblicazione | cognome =Nambu | nome = Y | anno = 1960 | titolo = Quasiparticles and Gauge Invariance in the Theory of Superconductivity | rivista = Physical Review | volume = 117 | pagine = 648 – 663| doi = 10.1103/PhysRev.117.648}}</ref> ede altri al fine di spiegare l'[[interazione forte]].
[[File:CMS Higgs-event.jpg|upright=1.1|thumb|Simulazione di un evento in un acceleratore di particelle che dovrebbe generare un bosone di Higgs]]
Modelli di questo genere sono stati anche ispirati dai lavori sulla [[fisica della materia condensata]], specialmente di [[Lev Davidovič Landau]] e [[Vitaly Ginzburg]], e dalla proposta di [[Philip Warren Anderson|Philip Anderson]] che la superconduttività potesse essere importante nella fisica relativistica; vennero inoltre anticipati da precedenti ricerche del fisico svizzero [[Ernst Stueckelberg]] già nel 1938.<ref>Stueckelberg, Helvetica Physica Acta Vol.11, 1938, p.299, 312</ref>
:<math>|H|^2 = v^2.</math>
[[File:Mecanismo de Higgs PH.png|right|300px]]
Ciò significa, in termini meno tecnici, che la densità di energia potenziale, considerata come una funzione di <math>H</math>, appare come il fondo di una bottiglia di spumante: una collinetta circondata da una valle circolare. Si può immaginare il valore del campo complesso come un piano a due dimensioni, tipo [[Piano complesso|diagramma di Argand-Gauss]], ede il potenziale come l'altezza sopra tale piano.
 
Il punto <math>H = 0</math> è simmetrico rispetto alla [[simmetria (matematica)|simmetria]] del [[gruppo abeliano]] U(1) (e più genericamente nei confronti della simmetria [[Interazione elettrodebole|elettrodebole]] SU(2) x U(1)), che cambia la fase complessa di <math>H</math> come
Vi era negli [[anni 1960|anni sessanta]] il grave problema dell'applicazione della [[Teoria quantistica di Yang-Mills|teoria di Yang-Mills]], nota anche come [[teoria di gauge]] [[gruppo non abeliano|non abeliana]], all'[[interazione elettrodebole]]. A differenza del [[fotone]] nella [[Elettrodinamica quantistica|QED]] infatti, i [[Bosone vettore|bosoni vettori]] dell'[[interazione debole]] ([[bosoni W e Z]]) sono massivi, mentre la teoria di Yang-Mills prevede l'esistenza di bosoni privi di massa.
 
Grazie all'intuizione di Higgs e degli altri studiosi, accoppiando una teoria di gauge con un modello di rottura spontanea di simmetria, il problema si risolve in maniera assai elegante proprio grazie ai [[bosone di Goldstone|bosoni di Goldstone]]. Ciò è possibile perché, per la proprietà della [[Teoria quantistica dei campi|teoria di campo quantistica]], i [[Bosone vettore|bosoni vettori]] privi di massa e quelli massivi hanno rispettivamente 2 e 3 [[grado di libertà (meccanica classica)|gradi di libertà]] per quanto riguarda la [[polarizzazione]]: il bosone scalare (ovvero a 1 grado di libertà) di Goldstone viene così a rappresentare il grado mancante che viene "acquisito" dal bosone privo di massa della teoria di gauge. Essendo quello di Higgs un [[campo (fisica)|campo]] complesso, sarebbero in gioco tre bosoni di Goldstone, cioè tre modalità prive di massa <math>\phi</math> del bosone di Higgs, la cui combinazione con il bosone di gauge conferirebbe, nel caso specifico ai tre bosoni vettori [[Interazione debole|deboli]], una massa che dipende fondamentalmente dal valore di aspettazione del vuoto dello stesso campo di Higgs.
 
Estendendo l'interazione del campo di Higgs con rottura di simmetria ai [[Campo di Dirac|campi fermionici]], tramite l'[[interazione di Yukawa]], si ottengono nelle [[Lagrangiana|lagrangiane]] termini di massa che consentono di introdurre nella teoria, ma non quantificare, le masse dei fermioni.
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