L'acquisition de la masse est elle un acquis historique?

[ornithology]

Bonjour,

On sait que peu apres le big bang alors que toutes les paritcules étaient sans masse, il y a eu une brisure de symétrie ou le champ de Higgs a joué un role important. il s'est couplé a certains champs (mais pas a tous) leur donnant ainsi de la masse.
si on pense a de l'eau qui a gelé et donné une structure cristalline on ne pense pas a un phénomene dynamique que en action pour maintenir cette structure.
Est ce la meme chose avec le champ de Higgs? est il une espece de champ fossile qui a eu un role par rapport a la masse ou participe t il encore de facon dynamique au maintien des valeurs des masses que nous connaissnons?
On dit qu'une masse est en rapport avec un certain couplage avec le Higgs mais ce couplage est il toujours la?
-----

[Deedee81]

Salut,

On sait que peu apres le big bang alors que toutes les paritcules étaient sans masse, il y a eu une brisure de symétrie ou le champ de Higgs a joué un role important. il s'est couplé a certains champs (mais pas a tous) leur donnant ainsi de la masse.
si on pense a de l'eau qui a gelé et donné une structure cristalline on ne pense pas a un phénomene dynamique que en action pour maintenir cette structure.

Petit bémol sur le "on sait que". Je dirais plutôt : soupçonné, plausible, spéculé. On n'a pas ne preuve ni expérimentale, ni due à l'observation et on ignore même si dans les conditions proche de "T=0" si la théorie des champs telle qu'on la connait peut encore s'appliquer.

Est ce la meme chose avec le champ de Higgs? est il une espece de champ fossile qui a eu un role par rapport a la masse ou participe t il encore de facon dynamique au maintien des valeurs des masses que nous connaissnons?
On dit qu'une masse est en rapport avec un certain couplage avec le Higgs mais ce couplage est il toujours la?

Mais là je ne suis pas. Il y a et il y avait le champ de Higgs, tout comme il y a et il y avait le champ électromagnétique, de Dirac, etc... je ne comprend pas pourquoi tu parles de "champ fossile".

Il interagit actuellement et toujours avec les particules, et est à l'origine de leur masse (ce qui est lié à ce couplage). Et c'est sur cette base que Higgs et les autres ont construit la théorie électrofaible, pas sur le Big Bang. Et l'observation du Higgs au LHC est juste une excitation de ce champ avec bien sûr les objectifs de mesure des constantes de couplage (et cela confirme bien la théorie).

Quelques petites infos théorico historique (je ne sais pas si tu sais et ça peut être éventuellement utile pour ton questionnement).
- Lorsque la théorie électrofaible a été pondue (Glashow, Salam et Weinberg) en utilisant les techniques des théories de jauge, elle avait une faille : les bosons intermédiaires W et Z étaient sans masse (ce qui n'a pas empêché la confirmation des "courants neutres" dus au Z, une belle victoire pour la théorie). Ca marche impeccable pour le cas de l'électromagnétisme seul (en appliquant cette technique au champ/équation de Dirac) car le photon est sans masse. Mais l'interaction faible étant à courte portée, les bosons Z et W doivent être très massifs.
- Si on ajoute des termes de masses "à la main" la théorie est non renormalisable
- Higgs et consor ont découvert qu'en ajoutant un champ (le Higgs) et en utilisant la brisure de symétrie, ça marchait. Evidemment les termes sont un peu plus compliqués que ceux ajoutés à la main. Plus précisément, la brisure de symétrie fait apparait les bosons de Goldstone sans masse, excitations des états du "vide non symétrique", et l'ensemble reste sans masse. Mais ces modes se combinent (et disparaissent) avec les termes de jauge, donnant une composante longitudinale au champ W/Z et de là un terme de masse, sans perte de la renormalisabilité.
- On a vite remarqué que ce mécanisme du Higgs pouvait être étendu de manière très naturelle aux fermions (électrons, quarks...) même si là la renormalisation ne posait pas de soucis.

Rappelons que l'essentiel de la masse ne vient pas du Higgs mais des interactions fortes dans les hadrons/nucléons et via ce bon vieux mc².

Deuxième chose importante :
- Il ne faut pas oublier que le champ en soit, c'est-à-dire le truc "continu et plutôt classique", comme le champ électromagnétique, le champ de Dirac, le champ de Higgs ne sont que des intermédiaires de calcul (et éventuellement une limite classique). Ce champ doit être quantifié. Et la seule chose qui reste et qui existe sont les états quantifiés, les états de l'espace de Fock comme |0> = le vide, |1> = une particule, etc.... https://fr.wikipedia.org/wiki/Espace_de_Fock
C'est la seule chose qui existe physiquement (ou plutôt la modélisation de cette seule chose).
- Les particules sont les états excités et quantifiés du champs. Soit comme particules virtuelles (apparaissant et disparaissant dans un processus), soit réelles (présentes au début et/ou à la fin du processus considéré) (ici "virtuel" n'est pas à prendre vraiment au pied de la lettre, ça veut juste dire "non observé directement" avec quelques aspects particuliers : propriétés hors de la couche de masse, superpositions quantiques des états possibles....)
- La masse est juste une conséquence de ces interactions via des Higgs virtuels, même si c'est un peu particulier (ce qui se voit ci-dessus avec les Goldstone et tout ça, difficile de tirer l'aspect vraiment physique (*) de tout ça)
- On n'observe pas facilement de Higgs réel dans la mesure où ils sont très massifs (donc on peut les avoir comme particules virtuelles pendant de brefs instants, Heisenberg oblige, mais plus longtemps non sauf à fournir une énergie énorme)

(*) il est clair que le champ, les particules virtuelles sans interaction dites "pures fluctuations du vide" ou "diagrammes vide-vide", les Goldstone, sont inexitant ou des intermédiaires de calculs, que la distinction virtuels/réels est un peu artificielle et due à la précision (on considère la particule réelle comme ayant par exemple une impulsion précise mais ce n'est qu'une approximation car là aussi il existe du flou quantique, mais qui peut être infinitésimal) mais il peut être difficile pour le reste de savoir "quelle est la physique réellement décrite par tous ces calculs". Pas simple. Vulgariser la MQ est dur et la théorie quantique des champs : c'est dur plus une bouche couche d'encore plus dur. Et il faut rajouter une couche encore de difficulté avec les espace-temps courbes ou pire encore avec la gravité quantique (c'est pas étonnant qu'on voie sur Futura nombre de profanes ayant goûté à la vulgarisation et n'ayant pas bien compris, c'est un vrai cauchemar pour expliquer clairement)

[ornithology]

Quand tu notes T=0 c'est la température, le temps?
si c'ests le temps je comprends mais pas si c'est la température.

[Deedee81]

Quand tu notes T=0 c'est la température, le temps?
si c'ests le temps je comprends mais pas si c'est la température.

Le temps ici, je voulais dire le "début du big bang"

(oui et en effet, faisais pas froid à cette époque )

[A voir en vidéo sur Futura]

[ornithology]

Et je suppose qu'on est loin dans les accélérateurs des énergies ou les particules étaient sans masse.
A propos du chapeau mexicain, on est dans un des fonds du chapeau. supposons que les énergies de collision augmentent,
remonterait on vers le centre ou vers l'extérieur (si ma question a un sens)?

[Deedee81]

Et je suppose qu'on est loin dans les accélérateurs des énergies ou les particules étaient sans masse.
A propos du chapeau mexicain, on est dans un des fonds du chapeau. supposons que les énergies de collision augmentent,
remonterait on vers le centre ou vers l'extérieur (si ma question a un sens)?

Ca a probablement un sens (on n'a jamais essayé ), l'état de base remontrait vers le centre, mais il faudrait atteindre en effet des énergies fabuleuses, totalement hors de portée.

Note qu'à très haute énergie les particules se comportent souvent comme si elles étaient sans masse, mais j'ai bien dit "comme si" : simplement parce que l'énergie cinétique est énorme devant mc². Rien à voir avec le chapeau. Et j'ignore comment on pourrait vérifier "le chapeau" avec des énergies suffisamment grandes, mais je suppose qu'il y a moyen d'avoir des prédictions expérimentales (c'est juste que j'ignore lesquelles ).

D'ailleurs il est probable que la théorie ne soit plus juste à de telles énergies, même pas pour des raisons de gravité quantique : les développements perturbatifs ont la fâcheuse tendance à avoir des divergences asymptotiques (c'est-à-dire qu'en prenant des diagrammes de plus en plus complexes (correspondant typiquement à E>>), au lieu d'avoir une somme de termes de plus en plus petit avec convergence, au lieu de ça, ça diverge). C'est très différent des problèmes de divergences infrarouges (due à la masse nulle de particules comme le photon, facile à contourner, enfin, ça peut quand même vachement compliquer les calculs) ou de divergences ultraviolettes (d'où renormalisation etc.).

Et on n'a pas de solution (on dit juste que c'est des théories effectives d'une théorie plus fondamentale encore inconnue).

Certaines estimations disaient que l'électrodynamique quantique (c'est la plus simple au niveau théorique) devait poser problème à des énergies de l'ordre du LHC. Pas de chance (sinon on aurait eut une belle porte ouverte sur une "nouvelle physique") il semble que ce soit à plus haute énergie. Mais en tout état de cause, aux énergies de grande unification ou de "plus de brisure de symétrie", c'est certain que c'est plus bon.

===> il y a encore beaucoup de boulot (mais malheureusement les tests expérimentaux deviennent vraiment difficiles)
EDIT il y a encore beaucoup de choses à comprendre ou tester à basse énergie, mais ça ne permet(tra) pas de tout tester, hélas

[ornithology]

Certains rayons cosmiques depassent ils les énergies dans les accélérateurs?

[soliris]

Mais là je ne suis pas. Il y a et il y avait le champ de Higgs, tout comme il y a et il y avait le champ électromagnétique, de Dirac, etc... je ne comprend pas pourquoi tu parles de "champ fossile".

Il interagit actuellement et toujours avec les particules, et est à l'origine de leur masse (ce qui est lié à ce couplage). Et c'est sur cette base que Higgs et les autres ont construit la théorie électrofaible, pas sur le Big Bang. Et l'observation du Higgs au LHC est juste une excitation de ce champ avec bien sûr les objectifs de mesure des constantes de couplage (et cela confirme bien la théorie).

Mais qu'entendez-vous par interaction.. ? Ou plutôt: quelle est la nature de cette interaction.. Une résonance vibratoire, un échange ?

[ornithology]

ce qui apparait dans le lagrangien d'interaction....

[Deedee81]

Certains rayons cosmiques depassent ils les énergies dans les accélérateurs?

oui, mais c'est moins pratique (peu de particules, arrivée imprévisible).

Mais qu'entendez-vous par interaction.. ? Ou plutôt: quelle est la nature de cette interaction.. Une résonance vibratoire, un échange ?

Comme dit c'est ce qui apparait dans le lagrangien d'interaction.

On peut dire aussi :
- ce qui est différent de la dynamique des particules libres
- ou ce qui se traduit par l'échange de particules virtuelles

[XK150]

Certains rayons cosmiques depassent ils les énergies dans les accélérateurs?

Oui , mis rares quand même heureusement ...
Protons de 10 , 100 , 1000 GeV , record 320 milliards de GeV = 50 J
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00005481/document

[ornithology]

Pourquoi ca remonterait vers le centre du chapeau mexicain plutot que monter sur le bord extérieur?

[Deedee81]

Salut,

Pourquoi ca remonterait vers le centre du chapeau mexicain plutot que monter sur le bord extérieur?

Parce que cela correspond à l'état de base du vide |0> (qui n'est pas stable à basse énergie, mais c'est bien l'état du vide).
(on l'appelle parfois vrai vide, par opposition au "faux vide" obtenu après brisure de symétrie)

[ornithology]

La particule n'aurait pas a remonter vers le centre si le chapeau mexicain devenait un paraboloide.
il serait stable. c'était peut etre le cas quans tout l'univers était tres chaud.
mais dans une hypothétique collision locale dans un accélérateur, peut on influer localement sur la forme du chapeau?

[Deedee81]

La particule n'aurait pas a remonter vers le centre si le chapeau mexicain devenait un paraboloide.
il serait stable. c'était peut etre le cas quans tout l'univers était tres chaud.
mais dans une hypothétique collision locale dans un accélérateur, peut on influer localement sur la forme du chapeau?

Tu mets ma mémoire à l'épreuve

Oui la forme dépend d'un paramètre, mais faut aller voir.

J'ai été voir Oui, la courbe dépend de l'énergie/température (et à E/T >> c'est un paraboloïde) mais j'ignore si c'est juste formel ou si c'est représentatif de ce qui se passe réellement au début du big bang. Et je ne sais pas où trouver de la littérature sur ça. Désolé (là c'est pas ma mémoire que tu mets à l'épreuve mais la limite de mes connaissances ).
Comme ici : https://indico.in2p3.fr/event/19252/...PT_Writeup.pdf
Mais j'ignore l'intérêt ou la validité de cet article (je l'ai trouvé via... les images !)

[ornithology]

je ne crois pas non plus avoir deja lu quoique ce soit sur ce sujet.
je vais regarder le lien.
Peut etre que Gilgamesh....