The origins of the Brout-Englert-Higgs mechanism
（Brout-Englert-Higgs機構がなぜ必要とされたか）


Higgs boson decay to four muons
(from CERN)






In the 1970s, physicists realized that there are very close ties between two of the four fundamental forces ? the weak force and the electromagnetic force. The two forces can be described within the same theory, which forms the basis of the Standard Model. This “unification” implies that electricity, magnetism, light and some types of radioactivity are all manifestations of a single underlying force known as the electroweak force.

1970年代に、物理学者たちは、４つの基本的な力のうちの２つの力−弱い力（弱い相互作用）と電磁力と−の間に非常に近い関係があることに気が付いていた。 これら２つの力は、同じ理論で記述することができ、それが標準理論の基礎をなしている。 この「統一」は、電気、磁気、光、そしていくつかのタイプの放射能がすべて電弱相互作用の力として知られる背後にある単一の力の現れであることを意味している。



The basic equations of the unified theory correctly describe the electroweak force and its associated force-carrying particles, namely the photon, and the W and Z bosons, except for a major glitch. All of these particles emerge without a mass. While this is true for the photon, we know that the W and Z have mass, nearly 100 times that of a proton. Fortunately, theorists Robert Brout, Francois Englert and Peter Higgs made a proposal that was to solve this problem. What we now call the Brout-Englert-Higgs mechanism gives a mass to the W and Z when they interact with an invisible field, now called the “Higgs field”, which pervades the universe.

統一理論の基本式は、電弱相互作用の力と、それに関連する力を運ぶ粒子（つまり光子およびWボゾンならびにZボゾン）と、を正確に記述する−ただし大きな問題を除いて。これらの粒子はすべて、質量を持たない粒子として表されるのである。これらの粒子が質量を持たないということは、光子については正しいが、われわれはWボゾンおよびZボゾンが質量を持っていることを知っており、しかもその質量は陽子のほぼ100倍なのである。幸い、Robert BroutとFran?ois EnglertとPeter Higgsとによって、この問題を解決する提案がなされた。今われわれがBrout-Englert-Higgs機構と呼んでいるものによって、WボゾンおよびZボゾンが見えない場と相互作用する場合にはWボゾンおよびZボゾンに質量が与えられる。現在では、その見えない場は「Higgs（ヒッグス）場」と呼ばれており、それが遍く広がって全宇宙を満たしているのである。



Just after the big bang, the Higgs field was zero, but as the universe cooled and the temperature fell below a critical value, the field grew spontaneously so that any particle interacting with it acquired a mass. The more a particle interacts with this field, the heavier it is. Particles like the photon that do not interact with it are left with no mass at all. Like all fundamental fields, the Higgs field has an associated particle ? the Higgs boson. The Higgs boson is the visible manifestation of the Higgs field, rather like a wave at the surface of the sea.

ビッグバン直後に、ヒッグス場はゼロであったが、宇宙が冷えて温度が臨界値より下がると、場が自発的に成長して、ヒッグス場と相互作用するあらゆる粒子が質量を持つことになった。粒子がこの場と相互作用すればするほど、その粒子は重くなるのである。ヒッグス場と相互作用しない光子のような粒子は、質量をまったく持たないままである。すべての基本的な場と同じく、ヒッグス場にも関連する粒子がある−それがヒッグス粒子なのである。ヒッグス粒子は、ヒッグス場の目に見える現れである。いやむしろ海の表面に現れる波と言ったほうがいいかもしれない。

(From CERN)








(C) Takuji Terada