P: ¿Los fotones interactúan con el campo de Higgs? Si lo hacen un poco, ¿no deberían tener masa?
Primero lea las respuestas excelentes en Si el bosón de Higgs da masa a otras partículas, entonces ¿por qué los fotones no tienen masa? y ¿Por qué los fotones no interactúan con el campo de Higgs?
En resumen: sí, los fotones interactúan a través de bucles cuánticos con el Higgs, dándole pequeñas interacciones electromagnéticas proporcionales a varios poderes de la constante de acoplamiento electromagnético (pequeño); pero no, la teoría tiene una simetría de calibre U (1) ininterrumpida que impone una conspiración entre todos los efectos cuánticos que contribuirían a una masa de fotones, de hecho se cancelan entre sí y suman cero.
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No es en absoluto trivial decidir si lo que parece una buena simetría es respetado por la dinámica cuántica o está roto. Hay tres formas en que una teoría cuántica puede dejar de respetar una simetría clásica:
- una anomalía, donde la medida en la integral de ruta no es simétrica a pesar de que el lagrangiano que determina las ecuaciones clásicas de movimiento es simétrico. Entendemos esto bien y podemos calcular si está allí o no.
- ruptura de simetría clásica, donde las ecuaciones de movimiento clásicas no tienen soluciones simétricas estables, como en el mecanismo de Higgs donde el potencial de Higgs tiene mínimos en valores de campo de Higgs no simétricos (no cero). También podemos calcular esto de manera confiable, y es un caso especial de algo que no siempre podemos calcular tan fácilmente:
- ruptura de simetría dinámica, donde la dinámica cuántica de la teoría hace que un fondo no simétrico sea el estado fundamental, por lo que el vacío rompe dinámicamente la simetría. Por ejemplo, la fuerte fuerza de color atrae con tanta fuerza los pares quark-antiquark entre sí que, en cierto modo, su energía ligada es menor que la energía que se necesita para sacarlos del vacío, por lo que lo hacen y rompen el izquierdo-derecho Simetría “quiral” de QCD.
El electromagnetismo no tiene un potencial clásico que viole su simetría U (1), y resulta que no es lo suficientemente fuerte como para romperse dinámicamente, por lo que U (1) es una buena simetría de la teoría completa y mantiene la violación de U (1) masa de fotones exactamente cero.
