Gibt es einen Zusammenhang zwischen den Eigenschaften verschiedener Ladungen eines Elementarteilchens?

Zunächst einmal bin ich ein Gymnasiast und habe daher ein recht grundlegendes Verständnis von QFT. Aus diesem Grund bevorzuge ich eine einfache Antwort (es wäre großartig, wenn es ja/nein wäre) zusammen mit einer sehr grundlegenden Erklärung.

Im Wesentlichen weiß ich, dass die drei fundamentalen Kräfte – elektrische, starke und schwache Kraft – Ergebnisse einer spontanen Symmetriebrechung sind. Bei niedrigen Energien bricht die Symmetrie und die Kräfte „spalten“.

Darauf baut meine Frage auf. Nun, da sich die Kräfte „gespalten“ haben, gibt es eine direkte Beziehung zwischen diesen Kräften? Beispielsweise hat ein Elektron eine elektrische Ladung von -1, eine starke Ladung von 0 und eine schwache Ladung von -1/2. Gibt es also eine Verbindung zwischen der -1, der 0 und der -1/2? Wenn sich einer der Werte ändern würde, würde sich einer der anderen beiden Werte ändern? Wenn ja, wäre es beides oder nur einer von beiden?

Könnte es also im Wesentlichen ein fundamentales Teilchen geben, das beispielsweise eine elektrische Ladung von -2, eine Farbladung und eine schwache Ladung von 1/2 hat? Ich bin mir nicht sicher, ob es eine andere Einschränkung gibt, die es der elektrischen Ladung nicht erlaubt, unter -1 zu gehen, aber das Ignorieren dieser anderen Einschränkungen, nur basierend auf der reinen Beziehung zwischen diesen Ladungen, würde das Ändern einer der anderen 2 beeinflussen, und wenn gibt es dann nur eine bestimmte Anzahl von Kombinationen dieser 3 Ladungen?

Die starke Kraft ergibt sich (zumindest im Standardmodell) nicht aus einem Symmetriebrechungsmechanismus, daher sollten Sie Ihre Frage nur auf elektroschwach beschränken. In diesem Fall sollten Sie unter hypercharge nachschlagen .
@NiharKarve oh okay. aber selbst in diesem Fall, selbst wenn die starke Kraft nicht aus Symmetriebrechung entsteht, gibt es eine Beziehung zwischen all diesen existierenden Kräften, so dass die Änderung eines Wertes die anderen ändert?
Dies ist nicht wirklich Teil einer guten Antwort, aber .... Sie könnten es arrangieren, ein solches Teilchen zu haben, aber aus einem hochtechnischen Grund der Konsistenz der Theorie müssten Sie seine Anomalien aufheben, indem Sie weitere Teilchen hinzufügen diese Funktion ausführen. Ich fürchte, es gibt keine einfache Erklärung.

Antworten (2)

Lassen Sie mich Ihnen die Ansicht von der Experimentseite geben:

Das als Standardmodell der Teilchenphysik bezeichnete Modell ist eine mathematische Quantenfeldtheorie, die zu den bisherigen Daten passt und deren Vorhersagen sich kontinuierlich erfüllen.

Darüber hinaus müssen die Integral- und Differentialfunktionen des Modells einer bestimmten Gruppentheorie gehorchen , um die verschiedenen gemessenen Ladungen in Experimenten anzupassen, die zur Beschreibung der fundamentalen Teilchen und ihrer Zusammensetzungen führen, nach denen Sie fragen.

Die lokale SU(3)×SU(2)×U(1) -Eichsymmetrie ist eine interne Symmetrie, die im Wesentlichen das Standardmodell definiert. Grob gesagt führen die drei Faktoren der Eichsymmetrie zu den drei fundamentalen Wechselwirkungen.

Gruppentheorien sind so streng wie Integration und Differenzierung, einmal entschieden, kann man die Art und Weise, wie die Teilchen dargestellt werden, nicht mehr auswählen, aber die Gruppentheorie schreibt die spezifische Art und Weise vor, wie Ladungen kombiniert werden, die die Existenz realer Teilchen und Verbundstoffe von Teilchen ermöglichen. Man kann sich die Mitglieder der Gruppe nicht aussuchen.

Ein gutes Beispiel ist die Vorhersage , dass ein Teilchen angerufen hat Ω − existieren sollte, wurde experimentell gefunden und bestätigte das Quarkmodell des Standardmodells.

Omega

Das Teilchen wurde gefunden und bestätigte die theoretische Forschung, die zur Entwicklung des Standardmodells führte.

Es ist also nicht möglich, Ladungen willkürlich an Teilchen anzubringen, es ist das Standardmodell selbst, wie es sich entwickelt hat, das die Zuordnung vornimmt, um mit Beobachtungen übereinzustimmen. Wenn in zukünftigen Experimenten Beobachtungen mehr Kombinationen der Ladungen bringen, die in den Symmetrien des Standardmodells existieren, sollte sich das Modell ändern, um mit der Natur übereinzustimmen und weiterhin Vorhersagekraft zu haben.

Vielen Dank!
Nur um sicherzugehen, wenn Sie sagen, dass es nicht möglich ist, Ladungen willkürlich an Teilchen anzubringen, beziehen Sie sich sowohl auf Elementar- als auch auf zusammengesetzte Teilchen, richtig?
ja, weil die möglichen Kombinationen für Kompositpartikel auch durch die Gruppendarstellungen eingeschränkt sind. Das obige Diagramm zeigt zusammengesetzte Teilchen, Quarks
Habe es. Danke
Und noch eine letzte Sache: Wenn Sie sagen, dass es nicht möglich ist, Ladungen willkürlich an Teilchen anzubringen, impliziert das, dass die Änderung des Werts einer Ladung Auswirkungen auf die Werte der verbleibenden Ladungen hat?
Das bedeutet, dass Sie die Repräsentation, die Gruppensymmetrie, zerstören werden. Die Theorie ist gültig, weil sie zu den Daten passt, Sie können keine neuen Daten in die Theorie einführen oder die Daten ändern, und die Theorie kann neue Kombinationen vorhersagen, wie das Beispiel, das ich gebe. Alles Neue sollte zu einer Gruppendarstellung passen, es wird durch die Gruppe eingeschränkt.
Ja, das habe ich verstanden. Mit meiner Frage sprach ich mehr über die Art der Kombinationen in der Eichsymmetrie SU (3) x SU (2) x U (1) oder jede andere Eichsymmetrie für diese Angelegenheit. Beeinflusst das Ändern des Werts der Ladung einer dieser Gruppen einzeln (entweder SU (3) oder SU (2) oder U (1)) den Wert einer anderen Ladung (vorausgesetzt, dass sie unveränderlich ist, also nicht 0)
Der Ladungswert wird unter Annahme der Normgruppen für die heutigen Daten experimentell ermittelt. Sie kann nicht beliebig geändert werden. In einer Theorie könnte das, was an Daten angepasst wurde, eine Variable werden und alle möglichen Fantasien zulassen, aber es wird keine Verbindung zu unserem heutigen Universum haben.
Ja, ich verstehe, dass es experimentell bestimmt wurde und unseren Beobachtungen entspricht. Ich spreche jetzt von der Vorhersage neuer Teilchen, und ich betrachte es in einem eher theoretischen Sinne. Ist es nach der aktuellen Theorie möglich, dass eine Änderung einer Ladung keine der anderen Ladungen beeinflusst? Nehmen wir zum Beispiel an, es gibt Ladung A und Ladung B. Für Teilchen 1 ist Ladung A -1 und Ladung B ist 2. Teilchen B ist jedoch nicht invariant in Ladung B. Hat dies einen Einfluss auf die Ladung A des Teilchens? Kann P1 (-1,2) und P2 (-1,0) sein? Ich spreche aus einer theoretischen Perspektive
Die Theorie ist starr, was die den Teilchen im Modell zugeordneten Quantenzahlen betrifft. Quantenzahlen sind fest, können in der Quantenmechanik keinen Bruchteil einer Quantenzahl haben. es können Vielfache vorhanden sein, und neue Zusammensetzungen können vorhergesagt werden. Die elektrische Ladung beträgt mindestens 0, +/-1/3 +/-2/3 im Modell. kann keinen anderen Wert darunter haben, es wird ein neues Modell sein, das keine Daten beschreibt
Oh, in Ordnung, und ein Quark, der in Bezug auf eine Farbladung invariant ist, hängt mit diesem Recht zusammen? Rückblickend auf meine frühere Frage zu P1 und P2: Wenn ein Teilchen für eine bestimmte Transformation nicht invariant ist und ein anderes Teilchen für diese Transformation invariant ist, können diese beiden Teilchen in den Transformationen, in denen sie beide invariant sind, ähnlich invariant sein? Z.B. P1 ist (-1,2) und P2 ist (-1,0)? Und ich beziehe mich auf das aktuelle Standardmodell
Das kann ich nicht beantworten, man schaut sich bestimmte Wechselwirkungen oder mögliche Zerfälle an und prüft, ob sie durch die Quantenzahlerhaltungen erlaubt sind.
Geben diese Quantenzahlerhaltungen nach dem aktuellen Standardmodell die mögliche Ladungskombination für alle Ladungen vor? Ich denke, meine Frage ist eher mathematisch in Bezug auf die Symmetrie. Verschiedene Transformationen müssen miteinander in Beziehung stehen, oder? Wenn ein bestimmtes Teilchen unter einer bestimmten Transformation invariant ist, muss es einen Grund haben, und ist es daher mathematisch möglich, dass ein anderes Teilchen unter jeder anderen Transformation außer einer ähnlich invariant ist? Es tut mir leid, dass ich so hypothetisch bin, aber das ist das einzige, was ich noch unbedingt verstehen muss

Die Grundladungen des Standardmodells heißen eigentlich „Weak Hypercharge“, „Weak Isospin“ und „Colour“ (die ersten beiden „Mischungen“ erzeugen die schwache Kraft und die elektromagnetische Kraft, während die dritte die starke Kraft erzeugt). Diese 3 Ladungen sind jedoch unabhängig voneinander, in dem Sinne, dass die Kenntnis einer von ihnen nichts über die anderen beiden aussagt.

Weitere Details (lesen Sie das Folgende nicht, wenn Sie sich Sorgen machen, verwirrt zu sein): Es gibt tatsächlich 2 verschiedene Vertexfaktoren für die schwache Kraft, die 2 verschiedenen schwach wechselwirkenden Bosonen entsprechen (den W-Bosonen und dem Z-Boson).

Das Ändern des Wertes einer der Ladungen hat also im Wesentlichen keine Auswirkungen auf die Werte der anderen beiden Ladungen?
Allerdings hängt die elektrische Ladung von der schwachen Hyperladung und dem schwachen Isospin ab.
Ich stimme @Photon vollkommen zu. Um seinen Kommentar zu vertiefen, können Sie sich die schwache Hyperladung und den schwachen Isospin als freie Parameter vorstellen. Um jedoch die elektrische Ladung zu ändern, ohne die schwache Kraft und die starke Kraft zu beeinflussen, müssen Sie sowohl die schwache Hyperladung als auch den schwachen Isospin gleichzeitig anpassen.
@TheGypsyKing In Ihrer ursprünglichen Antwort sagten Sie, dass sich die schwache Hyperladung und der schwache Isospin "mischen", um die schwache und EM-Kraft zu erzeugen. Wenn Sie nun die elektrische Ladung ändern und die schwache Kraft und die starke Kraft nicht beeinflussen möchten, müssen Sie die schwache Hyperladung anpassen und gleichzeitig drehen. Aber wenn Sie mit anpassen Veränderung meinen, wird das nicht eine Auswirkung auf die schwache Kraft haben? Wenn die schwache und die elektrische Ladung das Ergebnis der Mischung zweier Grundladungen sind, wie bewirkt dann das Verursachen einer Änderung in einer (elektrischen) unter keinen Umständen eine Änderung in der anderen (schwach)?
@malharb Stellen Sie sich also x = a + b und y = ab vor, wobei sowohl a als auch b freie Parameter sind. Es ist immer möglich, x zu ändern, ohne y zu ändern, indem man a und b anpasst.
@TheGypsyKing oh okay, das macht Sinn. Abgesehen von allen anderen Einschränkungen kann also grundsätzlich ein Elementarteilchen mit einer beliebigen Kombination aus starker Ladung, elektrischer Ladung und schwacher Ladung existieren?
@malharb Nicht ganz, weil es keinen Sinn macht, "eine schwache Ladung" zu sagen. Es gibt zwei schwach wechselwirkende Bosonen, die W-Bosonen und das Z-Boson, das vom schwachen Isospin und der schwachen Hyperladung unterschiedlich abhängt. Daher gibt es 3 Vertexfaktoren (W-Boson, Z-Boson, Photon) mit nur 2 Parametern (schwache Hyperladung, schwacher Isospin).
@TheGypsyKing Verstanden. Das ist etwas abseits, aber "konvergieren" die Hyperladung und der Isospin auch irgendwann? In dem Sinne, dass, wenn die schwache Hyperladung und der schwache Isospin Grundladungen sind, was über ihren Wert entscheidet? Wenn wir ein fundamentales Teilchen als ein Punktteilchen betrachten, ist es wie das Energieniveau des Teilchens, das die "Eingabe" -Variable ist, die den Wert aller Ladungen bestimmt (in einer Art Kettenmechanismus)?
Gibt es einen Zusammenhang zwischen den Eigenschaften verschiedener Ladungen eines Elementarteilchens?
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