Lataus (fysiikka)
Fysiikassa varauksen käsitettä käytetään kuvaamaan useita fyysisiä suureita , kuten sähkövarausta sähkömagnetismissa tai värivarausta kvanttikromodynamiikassa . Kaikki nämä varaukset liittyvät kvanttilukujen säilymiseen .
Muodollinen määritelmä
Abstraktemmassa mielessä varaus on tietty tutkittavan fyysisen järjestelmän jatkuvan symmetrian generaattori . Jos fysikaalisella järjestelmällä on symmetriaa, niin Noether-lause viittaa säilyneen virran olemassaoloon. Aine, joka "virtaa" tässä virrassa, on "varaus", joka on (paikallisen) symmetriaryhmän generaattori. Tätä varausta kutsutaan joskus Noether-varaukseksi.
Joten esimerkiksi sähkövaraus on sähkömagnetismin U(1) -symmetrian generaattori . Säästynyt virta on sähkövirtaa .
Paikallisen, dynaamisen symmetrian tapauksessa mikä tahansa varaus liittyy mittarikenttään , ja kvantisoituna mittarikentästä tulee mittaribosoni . Teorian mukaan varaukset "säteilevät" mittakenttiä. Esimerkiksi sähkömagnetismin mittakenttä on sähkömagneettinen kenttä, kun taas mittaribosoni on fotoni .
Joskus sanaa "lataus" käytetään synonyyminä "generaattorille", joka tarkoittaa symmetriageneraattoria. Tarkemmin sanottuna, jos symmetriaryhmä on Lie-ryhmä , varauksen ymmärretään vastaavan Lie-ryhmän juurijärjestelmää ; juurijärjestelmän diskreetti vastaa varauksen kvantisointia.
Esimerkkejä
Alkuainehiukkasfysiikassa on otettu käyttöön erilaisia kvanttilukujen varauksia . Näitä ovat vakiomallin maksut :
- Kvarkkien värivaraus . Värivaraus synnyttää kvanttikromodynamiikan SU(3) -värisymmetrian .
- Sähköheikon vuorovaikutuksen kvanttilukujen heikko isospin . Se muodostaa sähköheikon SU(2) × U(1)-symmetrian SU(2) -osan. Heikko isospin on paikallinen symmetria, jonka mittabosonit ovat W- ja Z-bosonit .
- Sähkövaraus sähkömagneettista vuorovaikutusta varten.
Maksut likimääräisistä symmetrioista:
- Vahva isospin- lataus . Symmetria kuuluu SU(2) makusymmetriaryhmään , pionit ovat mittabosonit . Pionit eivät ole perushiukkasia, ja symmetria on vain likimääräinen. Tämä on aromaattisen symmetrian erikoistapaus.
- Muut maksut kvarkin makuista , kuten omituisuudesta tai viehätysvoimasta . Ne tuottavat alkuainehiukkasten globaalin aromaattisen SU(6) -symmetrian. Raskaiden kvarkkien massa rikkoo voimakkaasti tätä symmetriaa.
Vakiomallin laajennusten hypoteettiset maksut:
- Magneettinen varaus , toinen varaus sähkömagnetismin teoriasta. Magneettisia varauksia ei ole havaittu kokeellisesti laboratoriokokeissa, mutta niitä käytetään teoriassa, myös magneettisten monopolien teoriassa.
Hiukkasteorian formalismissa varaukset, kuten kvanttiluvut, voidaan toisinaan kääntää varauksen konjugaatiooperaattorilla , jota kutsutaan nimellä C. Varauskonjugaatio tarkoittaa yksinkertaisesti sitä, että tietty symmetriaryhmä esiintyy kahdessa ei-ekvivalentissa (mutta silti isomorfisessa ) ryhmän esityksessä . Näin on yleensä silloin, kun kaksi varauskonjugaattiesitystä ovat Lie-ryhmien perusesityksiä . Heidän tuotteensa muodostaa sitten Lie - ryhmän liitännäisen edustuksen .
Siten yleinen tapaus on, että kahden varauskonjugaattiperusesityksen SL(2,C) tulo ( spinors ) muodostaa Lorentzin ryhmän SO(3,1) konjugaattiedustajan . Abstraktissa muodossa voidaan kirjoittaa:
