Nabíjení (fyzika)
Ve fyzice se pojem náboj používá k popisu několika fyzikálních veličin, jako je elektrický náboj v elektromagnetismu nebo barevný náboj v kvantové chromodynamice . Všechny tyto poplatky souvisejí se zachováním kvantových čísel .
Formální definice
V abstraktnějším smyslu je náboj určitým generátorem spojité symetrie studovaného fyzikálního systému. Pokud má fyzikální systém nějakou symetrii, pak Noetherova věta implikuje existenci konzervovaného proudu. Látka, která v tomto proudu „teče“, je „náboj“, který je generátorem (lokální) skupiny symetrie. Tento náboj se někdy nazývá náboj Noether.
Takže například elektrický náboj je generátorem U(1) symetrie elektromagnetismu . Zachovaný proud je elektrický proud .
V případě lokální, dynamické symetrie je jakýkoli náboj spojen s kalibračním polem , a když je kvantováno, kalibrační pole se stává kalibračním bosonem . Podle teorie náboje „vyzařují“ kalibrační pole. Například měřicí pole elektromagnetismu je elektromagnetické pole, zatímco měřicí boson je foton .
Někdy se slovo "náboj" používá jako synonymum pro "generátor", což znamená generátor symetrie. Přesněji, jestliže grupa symetrie je Lieova grupa , pak se náboj chápe tak, že odpovídá kořenovému systému Lieovy grupy ; diskrétnost kořenového systému odpovídá kvantizaci náboje.
Příklady
Ve fyzice elementárních částic byly zavedeny různé náboje pro kvantová čísla. Patří mezi ně poplatky ze standardního modelu :
- Barevný náboj kvarků . Barevný náboj generuje barevnou symetrii SU(3) kvantové chromodynamiky .
- Slabý izospin elektroslabých interakčních kvantových čísel . Generuje SU(2) část elektroslabé SU(2) × U(1) symetrie. Slabý isospin je lokální symetrie, jejíž kalibrační bosony jsou W a Z bosony .
- Elektrický náboj pro elektromagnetické interakce.
Poplatky za přibližné symetrie:
- Silný isospinový náboj . Symetrie patří do skupiny aromatických symetrií SU(2) , piony jsou kalibrační bosony . Piony nejsou základní částice a symetrie je pouze přibližná. Jedná se o speciální případ aromatické symetrie.
- Další obvinění z příchutí kvarku , jako je podivnost nebo kouzlo . Generují globální SU(6) aromatickou symetrii elementárních částic. Tato symetrie je silně narušena hmotností těžkých kvarků.
Hypotetické poplatky za rozšíření standardního modelu:
- Magnetický náboj , další náboj z teorie elektromagnetismu. Magnetické náboje nebyly experimentálně detekovány v laboratorních experimentech, ale používají se v teorii, včetně teorie magnetických monopólů.
Ve formalismu částicové teorie mohou být náboje jako kvantová čísla někdy invertovány pomocí operátoru konjugace náboje , nazývaného C. Konjugace náboje jednoduše znamená, že daná skupina symetrie se vyskytuje ve dvou neekvivalentních (ale stále izomorfních ) reprezentacích skupiny. . To je obvykle případ, kdy dvě reprezentace konjugovaného náboje jsou základní reprezentace Lieových grup . Jejich součin pak tvoří přidruženou reprezentaci Lieovy grupy .
Běžným případem tedy je, že součin dvou nábojově konjugovaných fundamentálních reprezentací SL(2,C) ( spinory ) tvoří konjugovaného zástupce Lorentzovy grupy SO(3,1) . V abstraktní formě lze napsat:
