Гравитация и хиггсовские поля

У читателя, изучающего современную физику по научно-популярным материалам, может сложиться впечатление, что гравитация возникает за счёт хиггсовского поля. Логика тут простая: везде пишут, что в стандартной модели есть специальный механизм (называемый хиггсовским), который придает частицам массу. А раз есть масса, от есть и гравитация. Нет массы -- нет гравитации. Так вот, все далеко не так.

Хиггсовский механизм действительно придает массу частицам, в частности, кваркам и электронам, из которых состоит вещество. Происходит это, образно говоря, так. Вначале все частицы были безмассовы, но зато были связаны с некоторым полем. Потом произошло нарушение симметрии, и вакуум оказался пронизан хиггсовским полем (не частицами, а именно вездесущим полем). Под действием сил, частицы продираются сквозь это поле так, словно у них есть масса. (Заметьте, тут речь идет про инертную массу.) И чем сильнее частицы была связана с полем, тем больше у нее получится масса.

Однако тут уже есть "но". Кварки, из которых сложено вещество, связаны с хиггсовским полем довольно слабо. Если бы масса вещества определялась только этой их связью, то протон и нейтрон весили бы примерно в сто раз меньше, чем на самом деле. Подавляющая же доля массивности протонов и нейтронов происходит из-за массивности того сгустка глюонного поля, который есть внутри них и который связывает кварки вместе.

Повторю еще раз: глюоны рассматриваемые как гипотетические отдельные частицы -- безмассовы. Но тот сгусток глюонных полей, который есть внутри нуклонов -- обладает массой. Удивительного в этом ничего нет. Точно так же фотоны как отдельные кванты безмассовы, но если запереть внутри маленькой идеально отражающей сферы много фотонов, но электромагнитное поле будет обладать плотностью энергии, и значит, будет придавать сфере в целом дополнительную массу. С глюонами, конечно, хитрее, там есть вакуумный конденсат, но суть похожая.

Вот и получается, что масса протона получается из-за глюонов, хотя глюоны сами с хиггсовским полем непосредственно не связаны. Это значит, что в мире и без хиггсовского поля у протона все равно была бы масса.

Второй шаг: переход к гравитации.
Фотоны массы не имеют, но гравитацию чувствуют, поэтому для выяснения интересующих нас вопросов ньютоновской гравитации, очевидно, недостаточно. В ОТО говорится, что гравитация -- это видимое нами проявление искривления пространства-времени. И порождает это искривление не масса, а тензор энергии-импульса. Т.е. любое "нечто", имеющее энергию и импульс, создает искривление пространства-времени. В частности, безмассовое поле -- в виде летящих вперед частиц или в виде локализованных полей, не важно -- обладает ненулевым тензором энергии-импульса, а значит, является источников гравитации.

Поэтому в мире без хиггсовского поля гравитация преспокойно бы осталась. Если бы там были массивные протоны -- то она была бы в привычном нам виде, Но даже если бы все частицы были безмассовы, то они бы все равно гравитационно притягивались, поскольку обладали бы энергией и импульсом.

PS
На самом деле, слова "гравитация" и "хиггсовское поле" вместе в научной литературе встречаются. См. например статьи hep-th/0503024 и gr-qc/9405013. Но там рассматривается другая идея: попытка представить гравитацию как явление спонтанного нарушения некоторого поля, в духе хиггсовского механизма. Это уже совсем не "то" хиггсовское поле.

[Комментарии на Элементах]