Töltés (fizika)
A fizikában a töltés fogalmát számos fizikai mennyiség leírására használják, például az elektromos töltést az elektromágnesességben vagy a színtöltést a kvantumkromodinamikában . Mindezek a töltések a kvantumszámok megőrzéséhez kapcsolódnak .
Formális definíció
Absztraktabb értelemben a töltés a vizsgált fizikai rendszer folyamatos szimmetriájának bizonyos generátora . Ha egy fizikai rendszernek van bármilyen szimmetriája, akkor a Noether-tétel konzervált áram létezését jelenti. Az anyag, amely ebben az áramban "folyik", a "töltés", amely a (lokális) szimmetriacsoport generátora. Ezt a töltést néha Noether-töltésnek is nevezik.
Tehát például egy elektromos töltés az elektromágnesesség U (1) szimmetriájának generátora . A megmaradó áram az elektromos áram .
Lokális, dinamikus szimmetria esetén minden töltés egy mérőmezőhöz kapcsolódik , és kvantálva a mérőmező mérőbozonná válik . Az elmélet szerint a töltések mérőmezőket "sugároznak". Például az elektromágnesesség mérőmezője az elektromágneses mező, míg a mérőbozon a foton .
Néha a "töltés" szót a "generátor" szinonimájaként használják, ami a szimmetriagenerátort jelenti. Pontosabban, ha a szimmetriacsoport egy Lie csoport , akkor a töltés a Lie csoport gyökérrendszerének felel meg ; a gyökérrendszer diszkrétsége a töltéskvantálásnak felel meg.
Példák
Az elemi részecskefizikában különféle töltéseket vezettek be a kvantumszámokra. Ezek magukban foglalják a standard modell díjait :
- A kvarkok színtöltése . A színtöltés generálja a kvantumkromodinamika SU(3) színszimmetriáját .
- Elektrogyenge kölcsönhatási kvantumszámok gyenge izospinje . Ez generálja az elektrogyenge SU(2) × U(1) szimmetria SU(2) részét. A gyenge izospin egy lokális szimmetria, amelynek mérőbozonjai a W és Z bozonok .
- Elektromos töltés elektromágneses kölcsönhatásokhoz.
A hozzávetőleges szimmetriák díjai:
- Erős izospin töltés . A szimmetria az SU(2) ízszimmetria csoporthoz tartozik, a pionok a mérőbozonok . A pionok nem alapvető részecskék, és a szimmetria csak hozzávetőleges. Ez az aromás szimmetria speciális esete.
- A túrós ízek egyéb díjai, mint például a furcsaság vagy a báj . Ezek generálják az elemi részecskék globális SU(6) aromás szimmetriáját. Ezt a szimmetriát erősen megsérti a nehéz kvarkok tömege.
A Standard Modell kiterjesztésének hipotetikus díjai:
- Mágneses töltés , egy másik töltés az elektromágnesesség elméletéből. Mágneses töltéseket kísérletileg nem mutattak ki laboratóriumi kísérletekben, de elméletben alkalmazzák, így a mágneses monopólusok elméletében is.
A részecskeelmélet formalizmusában a töltések, például a kvantumszámok, néha megfordíthatók a C töltéskonjugációs operátor segítségével. A töltéskonjugáció egyszerűen azt jelenti, hogy egy adott szimmetriacsoport a csoport két nem egyenértékű (de még mindig izomorf ) reprezentációjában fordul elő. . Ez általában akkor fordul elő, ha a két töltéskonjugált reprezentáció a Lie csoportok alapvető reprezentációja . Az ő termékük ezután a Lie csoport mellékes reprezentációját képezi .
Így gyakori eset, hogy két SL(2,C) töltés-konjugált alapreprezentáció ( spinors ) szorzata alkotja az SO(3,1) Lorentz-csoport konjugált képviselőjét . Absztrakt formában a következőket írhatjuk:
