Carga – ¿Por qué, fundamentalmente, se cargan las partículas?
Esta es, en última instancia, una pregunta muy profunda. No tenemos una capacidad muy fácil de responder en este momento. Déjame darte las piezas que tenemos actualmente.
The basic interactions. El mundo tal como lo conocemos hoy consta de cinco cosas fundamentales que suceden; todos se llaman “campos” y los primeros cuatro se llaman “fuerzas” o “interacciones”.
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Una teoría clásica completa estaba disponible [James Clerk Maxwell] y una teoría cuántica completa estaba disponible [Schwinger, Tomonaga y Feynman].
Esto se convirtió en una plantilla para comprender la fuerza fuerte, con
- fotones reemplazados por “gluones”
- la carga eléctrica se reemplaza con tres “cargas de color” (denominadas arbitrariamente “rojo”, “verde” y “azul”) que deben equilibrarse de la misma manera que la carga eléctrica (quarks más antiquarks) o bien mediante cantidades iguales de los tres cargos.
En particular, queremos describir la interacción débil de una manera que
(a) no tuvo consecuencias no físicas
(b) jugó bien con la relatividad cuántica
hasta 1961, cuando un joven Ph.D. llamado Sheldon Glashow descubrió que se podía hacer que la teoría cuántica relativista y la interacción débil jueguen bien juntas si “agrupan” la fuerza electromagnética y las describen juntas, mediadas por cuatro tipos de partículas ‘virtuales’: dos de esas partículas, la Z El bosón de la interacción débil y el fotón del electromagnetismo, a energías muy altas, pueden unirse entre sí.
La teoría de “electroweak” de Glashow tuvo algunas consecuencias no físicas a altas energías, que fueron eliminadas a mediados de los años 60 al postular esta quinta interacción fundamental, que todos llaman el campo de Higgs. La energía de interacción que tienen estas partículas debido a la interacción con el campo de Higgs les otorga una masa efectiva a través de $ E = mc ^ 2 $.
Lo que la teoría de electrodébil nos dice sobre la carga:
La fuerza electromagnética es una parte de baja temperatura de esta teoría de electroválvulas, ¿qué nos dice eso sobre la carga eléctrica? Dice que la carga eléctrica se produce como parte de dos cantidades conservadas ,
- ” isospin débil ” o $ T_3 $
- ” hipercarga débil ” o $ Y_W. $
Los quarks, por alguna razón, tienen una hipercarga débil de +1/3. Los leptones, por alguna razón, tienen hipercarga débil -1. Algunas cosas, además, tienen isospin débil +1/2, y algunas cosas tienen isospin débil -1/2, en las mismas unidades.
La carga eléctrica en estas unidades es:
$ q (T_3, Y_W) = T_3 + \ frac {Y_W} {2} $
que conduce a cuatro clases de partículas:
- los neutrinos no electromagnéticos no fuertes ($ q (+ \ frac 12, -1) = 0 $)
- los electrones electromagnéticos no fuertes ($ q (- \ frac 12, -1) = -1 $)
- el quark electromagnético fuerte “arriba” ($ q (+ \ frac 12, + \ frac 13) = \ frac 23 $)
- “abajo” ($ q (- \ frac 12, + \ frac 13) = – \ frac 13. $)
En resumen, las partículas se cargan porque tienen esta intrínseca isospin débil y esta intrínseca hipercarga débil que no pueden eliminar. No sabemos por qué tienen estos parámetros exactos, excepto que todas las posibilidades están totalmente representadas.
No podemos darle una gran explicación de por qué la naturaleza no ha elegido menos interacciones o más interacciones; En particular, no podemos decirle una razón profunda por la que la Naturaleza eligió que haya una interacción electromagnética.
Podemos darle detalles pero siempre puede persistir preguntando “por qué” hasta que nos encontremos en la ignorancia.
Crédito: ¿Por qué, fundamentalmente, se cargan las partículas? (He cortado demasiado la respuesta) pero también la he organizado para que sea más fácil de leer.
