Încărcare (fizică)
În fizică , conceptul de sarcină este folosit pentru a descrie mai multe mărimi fizice, cum ar fi sarcina electrică în electromagnetism sau sarcina de culoare în cromodinamica cuantică . Toate aceste taxe sunt legate de conservarea numerelor cuantice .
Definiție formală
Într-un sens mai abstract, sarcina este un anumit generator de simetrie continuă a sistemului fizic studiat. Dacă un sistem fizic are vreo simetrie, atunci teorema Noether implică existența unui curent conservat. Substanța care „curge” în acest curent este „sarcina”, care este generatoarea grupului de simetrie (local). Această taxă este uneori numită taxa Noether.
Deci, de exemplu, o sarcină electrică este generatorul simetriei U(1) a electromagnetismului . Curentul conservat este curentul electric .
În cazul simetriei locale, dinamice, orice sarcină este asociată cu un câmp gauge , iar atunci când este cuantificat, câmpul gauge devine un boson gauge . Conform teoriei, sarcinile „radiază” câmpuri de măsurare. De exemplu, câmpul gauge al electromagnetismului este câmpul electromagnetic, în timp ce bosonul gauge este fotonul .
Uneori, cuvântul „încărcare” este folosit ca sinonim pentru „generator”, adică generatorul de simetrie. Mai precis, dacă grupul de simetrie este un grup Lie , atunci sarcina este înțeleasă ca corespunde sistemului radicular al grupului Lie ; discretitatea sistemului radicular corespunde cuantizării sarcinii.
Exemple
În fizica particulelor elementare , au fost introduse diverse taxe pentru numerele cuantice. Acestea includ taxe de la modelul standard :
- Sarcina de culoare a quarcilor . Sarcina de culoare generează simetria culorii SU(3) a cromodinamicii cuantice .
- Isospin slab al numerelor cuantice de interacțiune electroslabă . Acesta generează partea SU(2) a simetriei SU(2) × U(1) electroslabă. Isospinul slab este o simetrie locală ai cărei bosoni gauge sunt bosonii W și Z.
- Sarcină electrică pentru interacțiuni electromagnetice.
Taxe pentru simetrii aproximative:
- Sarcină puternică de izospin . Simetria aparține grupului de simetrie a aromei SU(2) , pionii sunt bosonii gauge . Pionii nu sunt particule fundamentale, iar simetria este doar aproximativă. Acesta este un caz special de simetrie aromatică.
- Alte taxe de arome de quarc , cum ar fi ciudățenia sau farmecul . Ele generează simetria aromatică globală SU(6) a particulelor elementare. Această simetrie este puternic încălcată de masa quarcilor grei.
Taxele ipotetice ale extensiilor modelului standard:
- Sarcina magnetică , o altă sarcină din teoria electromagnetismului. Sarcinile magnetice nu au fost detectate experimental în experimentele de laborator, dar sunt folosite în teorie, inclusiv în teoria monopolurilor magnetice.
În formalismul teoriei particulelor, sarcinile precum numerele cuantice pot fi uneori inversate prin intermediul operatorului de conjugare a sarcinii , numit C. Conjugarea sarcinii înseamnă pur și simplu că un anumit grup de simetrie apare în două reprezentări neechivalente (dar încă izomorfe ) ale grupului. . Acesta este de obicei cazul când cele două reprezentări conjugate de sarcină sunt reprezentări fundamentale ale grupurilor Lie . Produsul lor formează apoi o reprezentare adjunctă a grupului Lie .
Astfel, un caz comun este că produsul a două reprezentări fundamentale conjugate de sarcină SL(2,C) ( spinori ) formează reprezentantul conjugat al grupului Lorentz SO(3,1) . În formă abstractă, se poate scrie:
