Interested Article - Заряд (физика)

В физике понятие заря́да используется для описания нескольких физических величин, таких как электрический заряд в электромагнетизме или цветовой заряд в квантовой хромодинамике . Все эти заряды связаны с сохранением квантовых чисел .

Формальное определение

В более абстрактном смысле заряд является некоторым генератором непрерывной симметрии исследуемой физической системы. Если физическая система обладает какой-либо симметрией, то по теореме Нётер следует существование сохраняющегося тока. Субстанция, которая «течёт» в этом токе, является «зарядом», который является генератором (локальной) группы симметрии. Этот заряд иногда называют зарядом Нётер.

Так, например, электрический заряд является генератором U(1) симметрии электромагнетизма . Сохраняющийся ток есть электрический ток .

В случае местной, динамической симметрии, любой заряд связан с калибровочным полем , а при квантовании калибровочное поле становится калибровочным бозоном . По теории заряды «излучают» калибровочные поля. Например, калибровочным полем электромагнетизма является электромагнитное поле, а калибровочным бозоном является фотон .

Иногда слово «заряд» используется как синоним «генератора», при этом подразумевается генератор симметрии. Точнее, если группа симметрии является группой Ли , то заряд понимается как соответствие системе корней группы Ли; дискретность системы корней соответствует квантованию заряда.

Примеры

В физике элементарных частиц введены различные заряды для квантовых чисел. К ним относятся заряды из Стандартной модели :

Цветовой заряд кварков . Цветовой заряд генерирует цветовую симметрию SU(3) квантовой хромодинамики .
Слабый изоспин квантовых чисел электрослабого взаимодействия . Он генерирует SU(2) часть электрослабой SU(2) × U(1) симметрии. Слабый изоспин является локальной симметрией, калибровочными бозонами которой являются W- и Z-бозоны .
Электрический заряд для электромагнитных взаимодействий.

Заряды для приближённых симметрий:

Заряд сильного изоспина . Симметрия относится к группе SU(2) ароматовой симметрии, калибровочными бозонами являются пионы . Пионы не являются фундаментальными частицами, а симметрия является лишь приближённой. Это частный случай ароматовой симметрии.
Другие заряды кварковых ароматов , таких как странность или очарование . Они генерируют глобальную SU(6) ароматовую симметрию элементарных частиц. Эта симметрия сильно нарушается массой тяжёлых кварков.

Гипотетические заряды расширений Стандартной модели:

Магнитный заряд , ещё один заряд из теории электромагнетизма. Магнитные заряды не обнаружены экспериментально в лабораторных опытах, но они используются в теории, в том числе в теории магнитных монополей.

В формализме теории элементарных частиц заряды типа квантовых чисел иногда могут быть обращены посредством оператора зарядового сопряжения , называемого С. Зарядовое сопряжение просто означает, что данная группа симметрий имеет место в двух неэквивалентных (но все ещё изоморфных ) представлениях группы . Это обычно бывает, когда два зарядово-сопряжённых представления являются фундаментальными представлениями групп Ли . Их произведение затем формирует присоединённое представление группы Ли .

Таким образом, распространённым случаем является то, что произведение двух зарядово-сопряжённых фундаментальных представлений SL(2,C) ( спиноров ) формирует сопряжённый представитель группы Лоренца SO(3,1) . В абстрактном виде можно записать: