الشحنة (فيزياء)

تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة بإضافة مصادر موثوقة . قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. البحث عن المصادر:  "Charge" physics – news  · journalist  · books  · scholar  · JSTOR ( October 2015 ) ( Learn how and when to remove this message )

في الفيزياء ، الشحنة هي أي من العديد من الكميات المختلفة، مثل الشحنة الكهربائية في الكهرومغناطيسية أو شحنة اللون في الديناميكا اللونية الكمومية . تتوافق الشحنات مع المولدات الثابتة زمنيًا لمجموعة التناظر ، وعلى وجه التحديد، مع المولدات التي تتبادل مع الهاميلتونيان . غالبًا ما يتم الإشارة إلى الشحنات بواسطة ، وبالتالي فإن ثبات الشحنة يتوافق مع المبدل المتلاشي ، حيث هو الهاميلتونيان . وبالتالي، ترتبط الشحنات بأرقام كمية محفوظة ؛ هذه هي القيم الذاتية للمولد . يمكن أن تشير "الشحنة" أيضًا إلى جسم على شكل نقطة بشحنة كهربائية وموضع، كما هو الحال في طريقة شحنات الصورة . ${\displaystyle س}$ ${\displaystyle [Q,H]=0}$${\displaystyle H}$${\displaystyle س}$

من الناحية المجردة، الشحنة هي أي مولد لتناظر مستمر للنظام الفيزيائي قيد الدراسة. عندما يكون للنظام الفيزيائي تناظر من نوع ما، فإن نظرية نوثر تعني وجود تيار محفوظ . الشيء الذي "يتدفق" في التيار هو "الشحنة"، والشحنة هي مولد مجموعة التناظر (المحلية) . تسمى هذه الشحنة أحيانًا شحنة نوثر .

على سبيل المثال، الشحنة الكهربائية هي مولد تماثل U(1) للكهرومغناطيسية . التيار المحفوظ هو التيار الكهربائي .

في حالة التناظرات الديناميكية المحلية، يرتبط بكل شحنة مجال قياس ؛ وعندما يتم تكميمه، يصبح مجال القياس بوزون قياس . وتشع شحنات النظرية مجال القياس. وبالتالي، على سبيل المثال، يكون مجال القياس للكهرومغناطيسية هو المجال الكهرومغناطيسي ؛ ويكون بوزون القياس هو الفوتون .

غالبًا ما تُستخدم كلمة "شحنة" كمرادف لكل من مولد التناظر والعدد الكمي المحفوظ (القيمة الذاتية) للمولد. وبالتالي، فإن ترك الحرف الكبير يشير إلى المولد يعني أن المولد يتبادل مع تبادل هاملتوني يعني أن القيم الذاتية (الأحرف الصغيرة) لا تتغير بمرور الوقت:${\displaystyle \Q\ }$ ${\displaystyle \ \left[\ Q,H\ \right]=0~.}$ ${\displaystyle \q\ }$${\displaystyle \ {\tfrac {~\!\operatorname {d} q~}{~\!\operatorname {d} t~}}=0~.}$

على سبيل المثال، عندما تكون مجموعة التناظر عبارة عن مجموعة لي ، فإن مشغلات الشحنة تتوافق مع الجذور البسيطة لنظام الجذر لجبر لي ؛ حيث أن انفصال نظام الجذر يمثل كمية الشحنة. تُستخدم الجذور البسيطة، حيث يمكن الحصول على جميع الجذور الأخرى كمجموعات خطية منها. غالبًا ما تسمى الجذور العامة مشغلات الرفع والخفض، أو مشغلات السلم .

تتوافق أرقام الكم للشحنة بعد ذلك مع أوزان الوحدات ذات الوزن الأعلى في تمثيل معين لجبر لاي. على سبيل المثال، عندما ينتمي جسيم في نظرية المجال الكمومي إلى تماثل، فإنه يتحول وفقًا لتمثيل معين لهذا التماثل؛ يصبح رقم الكم للشحنة بعد ذلك هو وزن التمثيل.

تم تقديم أعداد كمية مختلفة للشحنات من خلال نظريات فيزياء الجسيمات . وتشمل هذه الأعداد شحنات النموذج القياسي :

• شحنة اللون للكواركات . تولد شحنة اللون تناسق اللون SU(3) للكروموديناميكا الكمومية .
• الأعداد الكمومية الضعيفة للإيزوسبين للتفاعل الكهروضعيف . وهي تولد الجزء SU(2) من تماثل الكهروضعيف SU(2) × U(1). الإيزوسبين الضعيف هو تماثل محلي، حيث تكون بوزوناته القياسية هي بوزونات W وZ.
• الشحنة الكهربائية للتفاعلات الكهرومغناطيسية. في نصوص الرياضيات، يُشار إلى ذلك أحيانًا باسم الشحنة السالبة لوحدة جبر لاي .${\displaystyle u_{1}}$

لاحظ أن أرقام الكم هذه تظهر في لاجرانج عبر المشتق المتغير للمقياس#Standard_Model .

شحنات التماثلات التقريبية:

• شحنات الإيزوسبين القوية . مجموعات التناظر هي تناظر النكهة SU(2) ؛ بوزونات القياس هي البيونات . البيونات ليست جسيمات أولية ، والتناظر تقريبي فقط. إنها حالة خاصة من تناظر النكهة.
• شحنات أخرى لنكهة الكوارك ، مثل الغرابة أو السحر . جنبًا إلى جنب مع
  انت
  -
  د
  إن الدوران المتساوي المذكور أعلاه، يولد تناسق نكهة SU(6) العالمي للجسيمات الأساسية؛ هذا التناسق مكسور بشدة بسبب كتل الكواركات الثقيلة. تشمل الشحنات الشحنة الفائقة ، والشحنة X والشحنة الفائقة الضعيفة .

التكاليف الافتراضية للتمديدات للنموذج القياسي:

• الشحنة المغناطيسية الافتراضية هي شحنة أخرى في نظرية الكهرومغناطيسية. لا تُرى الشحنات المغناطيسية تجريبياً في التجارب المعملية، ولكنها قد تكون موجودة في النظريات التي تتضمن أحاديات القطب المغناطيسية .

في التناظر الفائق :

• تشير الشحنة الفائقة إلى المولد الذي يدور الفرميونات إلى بوزونات، والعكس صحيح، في التناظر الفائق.

في نظرية المجال المطابق :

• الشحنة المركزية لجبر فيراسورو ، والتي يشار إليها أحيانًا باسم الشحنة المركزية المطابقة أو الشذوذ المطابق . هنا، يُستخدم مصطلح "المركزي" بمعنى المركز في نظرية المجموعة: إنه عامل يتبادل مع جميع العوامل الأخرى في الجبر. الشحنة المركزية هي القيمة الذاتية للمولد المركزي للجبر؛ هنا، هي موتر الطاقة والزخم لنظرية المجال المطابق ثنائية الأبعاد. ^[1]

في الجاذبية :

• القيم الذاتية لموتر الطاقة والزخم تتوافق مع الكتلة الفيزيائية .

في صيغة نظريات الجسيمات، يمكن أحيانًا عكس الأعداد الكمومية الشبيهة بالشحنة عن طريق عامل اقتران الشحنة المسمى C. يعني اقتران الشحنة ببساطة أن مجموعة تماثل معينة تحدث في تمثيلين لمجموعتين غير متكافئتين (ولكن متماثلتين ) . عادةً ما تكون تمثيلات اقتران الشحنتين تمثيلات أساسية مترافقة معقدة لمجموعة لي. ثم يشكل حاصل ضربهما التمثيل المجاور للمجموعة.

وبالتالي، فإن المثال الشائع هو أن حاصل ضرب تمثيلين أساسيين مترافقين للشحنة لـ SL(2,C) ( السبينورات ) يشكل التمثيل المساعد لمجموعة لورنتز SO(3,1)؛ وبشكل تجريدي، نكتب

${\displaystyle 2\otimes {\overline {2}}=3\oplus 1.\ }$

وهذا يعني أن حاصل ضرب اثنين من المغزلين (لورينتز) هو متجه (لورينتز) ومقياس (لورينتز). لاحظ أن جبر لاي المركب sl(2,C) له شكل حقيقي مضغوط su(2) (في الواقع، جميع جبر لاي لها شكل حقيقي مضغوط فريد). وينطبق نفس التحليل على الشكل المضغوط أيضًا: حاصل ضرب اثنين من المغزلين في su(2) هو متجه في مجموعة الدوران O(3) ومفرد. يتم إعطاء التحليل بواسطة معاملات كليبش-جوردان .

تحدث ظاهرة مماثلة في المجموعة المدمجة SU(3) ، حيث يوجد تمثيلان أساسيان مترافقان للشحنة ولكن غير متكافئين، يُطلق عليهما و ، الرقم 3 يدل على بُعد التمثيل، مع تحول الكواركات تحت وتحول الكواركات المضادة تحت . يعطي حاصل ضرب كرونيكر للاثنين ${\displaystyle 3}$${\displaystyle {\overline {3}}}$${\displaystyle 3}$${\displaystyle {\overline {3}}}$

${\displaystyle 3\otimes {\overline {3}}=8\oplus 1.\ }$

وهذا يعني تمثيلًا ثماني الأبعاد، وثماني بتات للطريقة الثماني ، وواحدًا . ويمكن كتابة تحلل مثل هذه المنتجات للتمثيلات إلى مجموعات مباشرة من التمثيلات غير القابلة للاختزال بشكل عام على النحو التالي:

${\displaystyle \Lambda \otimes \Lambda '=\bigoplus _{i}{\mathcal {L}}_{i}\Lambda _{i}}$

بالنسبة للتمثيلات . تخضع أبعاد التمثيلات لقاعدة مجموع الأبعاد: ${\displaystyle \لامدا }$

${\displaystyle d_{\Lambda }\cdot d_{\Lambda '}=\sum _{i}{\mathcal {L}}_{i}d_{\Lambda _{i}}.}$

هنا، يكون بُعد التمثيل ، والأعداد الصحيحة هي معاملات ليتل وود-ريتشاردسون . يتم تحليل التمثيلات مرة أخرى بواسطة معاملات كليبش-جوردان، هذه المرة في إعداد جبر لي العام. ${\displaystyle d_{\لامدا}}$${\displaystyle \لامدا }$${\displaystyle {\mathcal {L}}}$

• مشغل كازيمير