¿Pueden el espacio y el tiempo tener una existencia significativa sin la existencia de un campo de Higgs?
Por supuesto que pueden. Los detalles de la pregunta enumeran varios supuestos y conclusiones incorrectos, por lo que es instructivo revisarlos uno por uno. (Recomendaría leer primero ¿Qué es el mecanismo de Higgs?).
La ausencia del campo de Higgs debería significar que todas las partículas serían sin masa.
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Incorrecto. El mecanismo de Higgs solo es necesario en el contexto del Modelo Estándar de física de partículas, donde ciertas simetrías evitan que las partículas elementales tengan masas. Hay otras formas en que las partículas pueden obtener masas, es solo que en nuestro universo particular el mecanismo de Higgs parece ser la forma en que lo hace la naturaleza.
Esto significaría que todo tendría que viajar a la velocidad de la luz.
Incorrecto. Incluso si las partículas no tienen masa, aún pueden formar estados unidos. Un protón es un estado unido de quarks, y debido a la energía de unión tiene una masa que es mucho más alta que la de los quarks individuales. Del mismo modo, cualquier estado unido de partículas sin masa, como una bola de pegamento que es un estado unido de gluones, tendrá masa.
Por lo tanto, incluso si todas las partículas elementales , como los quarks, no tuvieran masa, las partículas compuestas , como los protones, aún tendrían masa y, por lo tanto, se habrían movido necesariamente a menos de la velocidad de la luz.
Esto significaría que el espacio y el tiempo perderían sus significados (relatividad especial)
Incorrecto. El espacio-tiempo existe completamente independiente de la velocidad de las partículas que se mueven en él.
Es cierto que una partícula sin masa como un fotón no tiene un concepto de “tiempo apropiado”, que es el tiempo medido en el marco de descanso de una partícula. La razón es simplemente que el fotón no tiene marco de descanso, por lo que no tiene ningún sentido hablar sobre la medición del tiempo en su marco de descanso (no existente).
Sin embargo, nadie dijo que debe poder medir el tiempo adecuado del fotón para que el tiempo “exista”. Si envío un fotón desde aquí a Alpha Centauri, a una distancia de 4.4 años luz, el fotón tardará 4.4 años en llegar, como se midió en mi marco de descanso.
Como puede ver, puedo hablar significativamente sobre el espacio (distancia) y el tiempo, aunque la partícula que cubre esa distancia durante ese tiempo no tiene un concepto de “tiempo apropiado”.
¿Esto significa que el espacio y el tiempo pierden su significado sin un campo de Higgs?
No. Incluso en un universo imaginario donde no hay ninguna materia, ningún campo de Higgs y ningún otro campo o partículas de ningún tipo, aún podemos definir un espacio-tiempo perfectamente bueno. En relatividad general, la teoría que usamos para describir el espacio-tiempo, ¡la materia es completamente opcional!
El espacio-tiempo no solo puede existir sin materia, sino que incluso puede curvarse de todo tipo de formas diferentes. Si agregamos materia a un espacio-tiempo vacío, entonces influirá en la curvatura del espacio-tiempo según lo dictado por las ecuaciones de Einstein. Sin embargo, la teoría funciona perfectamente bien incluso sin ningún tipo de materia, ya sea masiva o sin masa.
En conclusión: el espacio-tiempo definitivamente puede existir sin el campo de Higgs, ¡e incluso sin ningún problema!
