Какая максимальная температура для фотона? - физиков.нет
Купить гитару в Москве
0 голосов
/

Предполагая, что максимальная температура для частиц составляет $10^{32}$ Кельвин (т.е. температура Планка), а нарушение электрослабой симметрии ниже $10^{15}$ Кельвин, Какая максимальная температура для фотона? Например, если бы мы могли нагреть фотон до $10^{15}$ Кельвина, остался бы он фотоном или превратился бы в какой-то другой тип частиц, такой как математически смоделированное электрослабое $W_1$, $W_2$, $W_3$ или $B$ бозоны?

Кроме того, для дополнительного вопроса о бонусных баллах, теория струн или М-теория будут иметь большое значение для этих вычислений?

1 Ответ

3 голосов
/

Это оказывается сложнее, чем вы (вероятно) думали. Электрослабый переход, который производит фотон $Z$ и $W^\pm$, обусловлен взаимодействием с полем Хиггса, но зависит от энергии поля Хиггса.

С риском упрощения, у квантового поля есть состояния увеличивающихся энергий. Существует состояние с самой низкой энергией, состояние вакуума, и затем добавление энергии возбуждает поле в состояния с более высокой энергией. Квантовое поле возбуждается за счет обмена энергией с другими квантовыми полями, поэтому для поля иметь более высокую энергию означает, что все поля, с которыми оно взаимодействует, также будут иметь более высокую энергию. По сути это просто тепловое равновесие. Горячий объект поддерживает свою температуру, потому что он постоянно обменивается энергией с окружающей средой. У нас есть система в тепловом равновесии с четко определенной температурой.

Таким образом, мы можем говорить о температуре для поля Хиггса и всех других полей, с которыми оно взаимодействует, рассматривая равновесную систему, в которой все квантовые поля возбуждаются и все непрерывно обмениваются энергией друг с другом. С риском повторного упрощения еще раз, поле Хиггса является симметричным при высокой температуре и асимметричным при низкой температуре, и именно переход из состояния высокой в ​​низкую симметрию вызывает нарушение электрослабой симметрии и преобразование $W_1$, $W_2$, $W_3$ и $B$ бозоны на фотон, $Z$ и $W^\pm$. Температура, при которой это происходит, равна $10^{15}$ K, на которую вы ссылаетесь в своем вопросе.

Смысл всего этого в том, что один фотон с очень высокой энергией не представляет собой высокую температуру, так же как одна молекула газа с очень высокой энергией не представляет собой газ с высокой температурой. Таким образом, если мы рассмотрим один фотон и увеличим его энергию, то не ожидаем, что по мере достижения чего-либо особенного произойдет, а затем пропустим электрослабую энергию перехода. Фотон просто будет оставаться фотоном. По мере приближения к энергии Планка нам, возможно, понадобится начать рассматривать струнные эффекты, но сейчас у нас нет конкретного понимания физики при этих энергиях, поэтому невозможно сказать, что происходит.

Ситуация очень отличается, если вы рассматриваете систему из множества частиц, например, мусор из эксперимента с коллайдером высокой энергии, и рассмотрим систему, в которой средняя средняя энергия фотона высока. В этом случае, когда энергия приближается к электрослабой энергии перехода, эта энергия делится со всем полем, включая поле Хиггса, и в результате хиггс будет находиться в симметричном состоянии с высокой энергией, и фотоны будут преобразовываться обратно в комбинации $W_3$ и $B$ бозоны.

Добро пожаловать на сайт физиков.нет, где вы можете задавать вопросы и получать ответы от других членов сообщества.
...