Ladning (fysik)
I fysik bruges begrebet ladning til at beskrive flere fysiske størrelser, såsom elektrisk ladning i elektromagnetisme eller farveladning i kvantekromodynamik . Alle disse afgifter er relateret til bevarelsen af kvantetal .
Formel definition
I en mere abstrakt forstand er ladningen en vis generator af kontinuerlig symmetri af det fysiske system, der studeres. Hvis et fysisk system har nogen symmetri, antyder Noether-sætningen eksistensen af en bevaret strøm. Stoffet der "flyder" i denne strøm er "ladningen", som er generatoren af den (lokale) symmetrigruppe. Denne ladning kaldes nogle gange for Noether-ladningen.
Så for eksempel er en elektrisk ladning generatoren af U(1) -symmetrien af elektromagnetisme . Den bevarede strøm er den elektriske strøm .
I tilfælde af lokal, dynamisk symmetri er enhver ladning forbundet med et målefelt , og når det kvantiseres, bliver målefeltet en måleboson . Ifølge teorien "udstråler" ladninger målefelter. For eksempel er målefeltet for elektromagnetisme det elektromagnetiske felt, mens målebosonen er fotonen .
Nogle gange bruges ordet "ladning" som et synonym for "generator", hvilket betyder symmetrigeneratoren. Mere præcist, hvis symmetrigruppen er en Lie-gruppe , så skal ladningen forstås at svare til Lie-gruppens rodsystem ; rodsystemets diskrethed svarer til ladningskvantisering.
Eksempler
I elementær partikelfysik er forskellige ladninger for kvantetal blevet introduceret. Disse inkluderer gebyrer fra standardmodellen :
- Farveladningen af kvarker . Farveladningen genererer SU(3) -farvesymmetrien af kvantekromodynamik .
- Svag isospin af elektrosvage interaktions kvantetal . Den genererer SU(2) -delen af den elektrosvage SU(2) × U(1)-symmetri. Svag isospin er en lokal symmetri, hvis gauge-bosoner er W- og Z-bosonerne .
- Elektrisk ladning til elektromagnetiske interaktioner.
Afgifter for omtrentlige symmetrier:
- Stærk isospin ladning . Symmetrien tilhører SU(2) smagssymmetrigruppen , pionerne er målebosonerne . Pioner er ikke fundamentale partikler, og symmetrien er kun omtrentlig. Dette er et særligt tilfælde af aromatisk symmetri.
- Andre anklager om kvarksmag såsom mærkelighed eller charme . De genererer den globale SU(6) aromatiske symmetri af elementære partikler. Denne symmetri er stærkt krænket af massen af tunge kvarker.
Hypotetiske ladninger for udvidelser af standardmodellen:
- Magnetisk ladning , en anden ladning fra teorien om elektromagnetisme. Magnetiske ladninger er ikke blevet påvist eksperimentelt i laboratorieforsøg, men de bruges i teorien, herunder i teorien om magnetiske monopoler.
I partikelteoriens formalisme kan ladninger som kvantetal nogle gange inverteres ved hjælp af ladningskonjugationsoperatoren , kaldet C. Ladningskonjugation betyder simpelthen, at en given symmetrigruppe forekommer i to ikke-ækvivalente (men stadig isomorfe ) repræsentationer af gruppen . Dette er normalt tilfældet, når de to ladningskonjugerede repræsentationer er grundlæggende repræsentationer af Lie-grupper . Deres produkt danner så en adjoint repræsentation af Lie-gruppen .
Et almindeligt tilfælde er således, at produktet af to ladningskonjugerede fundamentale repræsentationer SL(2,C) ( spinorer ) danner konjugatrepræsentanten for Lorentz-gruppen SO(3,1) . I abstrakt form kan man skrive:
