Заряд (фізика)

певна фізична величина, що зберігається

У фізиці поняття заряду використовують для опису кількох фізичних величин, таких як електричний заряд в електромагнетизмі або колірний заряд квантової хромодинаміки. Всі ці заряди пов'язані зі збереженням квантових чисел.

Формальне визначенняРедагувати

В абстрактнішому сенсі заряд є деяким генератором неперервної симетрії досліджуваної фізичної системи. Якщо фізична система має будь-яку симетрію, то за теоремою Нетер випливає існування збережно́го струму. Субстанція, яка тече в цьому струмі, є зарядом, який є генератором (локальної) групи симетрії. Цей заряд іноді називають зарядом Нетер.

Так, наприклад, електричний заряд є генератором U(1) симетрії електромагнетизму. Збережни́м струмом є електричний струм.

У разі місцевої, динамічної симетрії, будь-який заряд пов'язаний з калібрувальним полем, а при квантуванні калібрувальне поле стає калібрувальним бозоном. За теорією заряди «випромінюють» калібрувальні поля. Наприклад, калібрувальним полем електромагнетизму є електромагнітне поле, а калібрувальним бозоном є фотон.

Іноді слово «заряд» використовують як синонім «генератора», при цьому мають на увазі генератор симетрії. Точніше, якщо група симетрії є групою Лі, то заряд сприймається як відповідність системі коренів групи Лі; дискретність системи коренів відповідає квантуванню заряду.

ПрикладиРедагувати

У фізиці елементарних частинок запроваджено різні заряди для квантових чисел. До них належать заряди зі Стандартної моделі:

Заряди для наближених симетрій:

  • Заряд сильного ізоспіну. Симетрія належить до групи SU(2) ароматової симетрії, калібрувальними бозонами є піони. Піони не є фундаментальними частинками, а симетрія є лише наближеною. Це окремий випадок ароматної симетрії.
  • Інші заряди кваркових ароматів, таких як дивність чи чарівність. Вони генерують глобальну SU(6) ароматову симетрію елементарних частинок. Ця симетрія дуже порушується масою важких кварків.

Гіпотетичні заряди розширень Стандартної моделі:

  • Магнітний заряд, ще один заряд з теорії електромагнетизму. Магнітні заряди не виявлено експериментально в лабораторних дослідах, але їх використовують у теорії, зокрема в теорії магнітних монополів.

У конформній теорії поля:

Зарядове спряженняРедагувати

У формалізмі теорії елементарних частинок заряди типу квантових чисел іноді можна обернути за допомогою оператора зарядового спряження, званого С. Зарядове спряження просто означає, що дана група симетрій має місце у двох нееквівалентних (але все ще ізоморфних) представленнях групи. Це зазвичай буває, коли два зарядово-сполучені представлення є фундаментальними представленнями груп Лі. Їх добуток потім формує приєднане представлення групи Лі.

Таким чином, поширеним випадком є те, що добуток двох зарядово-спряжених фундаментальних представлень SL(2,C) (спінорів) формує спряжений представник групи Лоренца SO(3,1). В абстрактному вигляді можна записати:

 

Тобто добуток двох (лоренцових) спінорів є (лоренцовим) вектором і (лоренцовим) скаляром. Зауважимо, що комплексна алгебра Лі sl(2,C) має компактну дійсну форму[en] su(2) (насправді всі алгебри Лі мають єдину компактну дійсну форму). Такий самий розклад має місце і для компактної форми: добуток двох спінорів у su(2) є вектором у групі обертання O(3) та синґлетом. Розклад задається коефіцієнтами Клебша — Ґордана.

Подібне явище виникає в компактній групі SU(3), де існують два зарядово спряжених, але нееквівалентних фундаментальних представлення, які називають   і  , число   позначає розмірність представлення, і з кварками, що перетворюються під   і антикварки, що перетворюються під  . Добуток Кронекера дає

 

Тобто восьмивимірне представлення, октет восьмистого шляху та синглет. Розкладання таких добутків представлень на прямі суми незвідних представлень у загальному вигляді можна записати як

 

для представлень  . Розміри представлень підлягають «правилу суми розмірів»:

 

де,   — розмір представлення  , і цілі числа   — коефіцієнти Літтлвуда — Річардсона[en]. Розкладання представлень знову задається за допомогою коефіцієнтів Клебша — Ґордана, цього разу в загальній постановці[уточнити] алгебри Лі.

Див. такожРедагувати

ПриміткиРедагувати

  1. Fuchs, Jurgen (1992). Affine Lie Algebras and Quantum Groups. Cambridge University Press. ISBN 0-521-48412-X.