Il campo di Higgs (nota che qui è importante il campo , non il bosone di Higgs stesso, che è solo un'increspatura nel campo di Higgs) fornisce massa alle particelle nello stesso senso che il forte forza dà la massa del protone (contesto: $ 99 \% $ della massa del protone non deriva dalla massa dei suoi quark costituenti, ma dal fatto che grosso modo i quark hanno una grande quantità di energia cinetica ma sono vincolati dal forte vigore). Se una forza qualsiasi confina l'energia in una piccola quantità di spazio, allora quell'energia legata ha una massa data da $ E = mc ^ 2 $. Questo è ciò che fa il campo di Higgs: lega una particella priva di massa in un piccolo spazio, e quindi per $ E = mc ^ 2 $ (e il fatto che la particella ora ha un sistema di riferimento in cui è stazionaria) quella particella ha una massa a riposo efficace.

Per avere un'idea intuitiva di quello che sta succedendo, come esercizio puoi derivare $ E = mc ^ 2 $ considerando un fotone confinato da una scatola a specchio. Il fotone rimbalza avanti e indietro esercitando una pressione sullo specchio, e se provi a spingere la scatola avrà inerzia dovuta al fatto che il fotone esercita una pressione maggiore sulla parte anteriore dello specchio che su quella posteriore. Se lo risolvi, scoprirai che la scatola dello specchio ha una massa inerziale effettiva di $ m = E / c ^ 2 $. Il campo di Higgs fornisce una forza che agisce come questa scatola dello specchio, "dando" così massa alla particella al suo interno.

Risposta breve: non prenderla alla lettera, senza ulteriore contesto .

Per comprendere il ruolo del bosone di Higgs nel modello Standard, è necessario approfondire guarda il quadro in cui descriviamo le particelle elementari: la teoria quantistica dei campi.

In questo approccio, le particelle sono descritte come eccitazioni di campi che abbracciano tutto lo spaziotempo. Lo stato fondamentale del campo corrisponde al vuoto, ciò che chiamiamo particelle corrisponde alle eccitazioni di queste ultime. Se hai familiarità con la meccanica quantistica, pensa a un oscillatore armonico per comprendere il concetto.

Il punto è ora che l'effetto di creazione di massa è dovuto alla presenza del campo, non alla particella associata . L'esistenza della particella si pone come una sorta di requisito di coerenza, che è stato confermato di recente all'LHC.

In questo senso, la risposta alla tua domanda dipende interamente da cosa intendi per "bosone di Higgs" : avere particelle massicce non significa che ci siano bosoni nel senso di particelle circondandoli costantemente. Sono troppo pesanti perché questa sia un'opzione praticabile, poiché 125 GeV è ben oltre ciò che si sperimenta nella vita quotidiana (un protone arriva a una massa a riposo di quasi 1 GeV).

Per un fisico delle particelle, è ovvio che "bosone" si riferisce a una proprietà del campo nel suo insieme e non all'eccitazione di quest'ultimo. Un profano, tuttavia, lo assocerà a una particella che si muove nello spazio-tempo. Quindi, non dovresti prendere questa frase alla lettera. Mi asterrei dall'usarlo liberamente senza fornire alcuna spiegazione aggiuntiva.

"Legare una particella priva di massa in un piccolo spazio" è una buona frase per una discussione popolare, ma non è l'unico modo per immaginare il meccanismo di Higgs.

Un'altra prospettiva deriva dal fatto che ogni la particella all'interno di un campo di interazione si comporta esattamente come la sua energia o quantità di moto è cambiata. Questo concetto è chiamato quantità di moto canonica , in contrasto con la quantità di moto (cinetica) usuale $ m \ vec {v} $. Ad esempio, nel campo magnetico la quantità di moto canonica è $ \ vec {P} = m \ vec {v} + e \ vec {A} $, e nel campo elettrico statico l'energia canonica è $ E = \ tfrac {1 } {2} mv ^ 2 + e \ varphi $ (queste formule non sono relativistiche). Quest'ultimo è compreso più semplicemente, perché siamo abituati a chiamare $ e \ varphi $ energia potenziale. Una forza agisce sulla particella quando tale termine aggiuntivo cambia con la posizione spaziale.

Le variazioni di questa idea dipendono dal tipo di tensore del campo di interazione. Il campo elettromagnetico è un campo vettoriale e il campo di Higgs è un campo scalare. (Sono possibili anche gli altri tipi di campo, ad esempio il campo gravitazionale in GR è un campo tensoriale di ordine 2.) Ciò porta ad un fatto importante: l'energia e la quantità di moto cambiano dello stesso fattore (in senso relativistico) , che è lo stesso come cambierebbe la massa. $ \ vec {P} = m \ gamma \ vec {v} + \ Delta m \, \ gamma \ vec {v} $ e $ E = m \ gamma c ^ 2 + \ Delta m \, \ gamma c ^ 2 $, $ \ Delta m = gh $ dove $ g $ è la costante di accoppiamento.

Quindi, ovunque un campo di interazione scalare abbia un valore diverso da zero, le particelle si muovono come se avessero guadagnato un po 'di massa. E il campo di Higgs ha un valore costante diverso da zero in tutto l'universo, $ h = h_0 $. Pertanto, tutte le particelle hanno le loro masse di Higgs e non possono avere altra massa esplicita, e la teoria lo suppone.

Una risposta semplice standard (per il campo del bosone di Higgs standard) è che una particella acquisisce massa passando attraverso questo campo, il che cambia l'inerzia della particella (apparendo così come massa in acquisizione che è una misura di inerzia tra gli altri)

Ovviamente il bosone di Higgs standard è ancora studiato (se è quello standard e non qualche variazione di altre proposte) e questo non è l'unico modo in cui si può ragionare o spiegare come dà massa ad altre particelle.

Dovresti prenderlo completamente alla lettera. (I cavilli sul campo di Higgs rispetto al bosone di Higgs sono fuorvianti. Le particelle non acquisiscono massa fino al punto in cui appare il bosone di Higgs, quindi attribuire le masse delle particelle al bosone di Higgs è altrettanto corretto.)

Tuttavia, c'è un modo semplice per immaginarlo. Il concetto di bosone di Higgs è del tutto generico, sebbene nella fisica delle particelle ci si riferisca solitamente al modello standard di Higgs. Un "bosone di Higgs" appare quando un sistema subisce una transizione di fase che rompe una certa simmetria.

Ci sono molti esempi dalla fisica dello stato solido in cui accade la stessa cosa. In un superconduttore, ad esempio, alla temperatura critica, le coppie di rame diventano i bosoni "di Higgs" e la particella che acquisisce una massa è il fotone. Questa è la famosa teoria BCS dei superconduttori. Confronta con la teoria di Ginzburg-Landau delle transizioni di fase, in cui si espande il potenziale anche in potenze di campo).