Я всегда слышу, как люди говорят, что симметрия прекрасна, природа по своей сути симметрична, физика и математика показывают внутреннюю симметрию в природе , и так далее, и тому подобное .
Сегодня я узнал, что половина кварков имеет электрический заряд +2/3, а другая половина имеет электрический заряд -1/3 величины. Есть ли какое-то объяснение этому? Почему их чистый заряд не равен нулю?
Когда дело доходит до фундаментальных зарядов, (левые) кварки верхнего типа на самом деле имеют либо те же значения заряда, что и кварки нижнего типа, либо прямо противоположные.
Просто так случилось, что электрический заряд не является фундаментальным зарядом в этом смысле.
Позвольте мне быть более конкретным. Все кварки имеют цвет — красный, зеленый или синий — заряд сильного ядерного взаимодействия, связанного с калибровочная группа. Между всеми кварками всех типов существует совершенное единообразие.
Кварки также несут гиперзаряд, заряд под калибровочная группа электрослабого взаимодействия. И верхние, и нижние кварки (точнее, их левые компоненты) несут зарядка под эту группу. Правые компоненты имеют разные значения но я не буду обсуждать их, потому что это сделало бы историю менее красивой. ;-)
Наконец, есть группа электрослабого взаимодействия. Левые части верхних и нижних кварков несут и , прямо противоположные значения, и между ними существует совершенная симметрия. (Правосторонние компоненты несут .)
Просто бывает, что ни ни а только их сумма,
Симметрия нарушена, потому что поле Хиггса , предпочитает для понижения своей энергии ненулевое значение поля. Точнее, одна компонента отлична от нуля, и эта компонента имеет , но . Итак, первые две симметрии нарушены, но последняя, электромагнетизма, создаваемого электрическим зарядом, сохраняется.
Часто бывает так, что всякая «вообразимая» и «красивая» симметрия действительно является симметрией фундаментальных законов, но при низких энергиях из-за различных динамических механизмов некоторые из этих симметрий нарушаются. Можно еще считать, что законы физики соблюдают симметрию на каком-то уровне, но вакуумное состояние не является инвариантным относительно него, и поэтому эффективные низкоэнергетические законы также нарушают симметрию.
Если вы ищете симметрию, я думаю, следует указать, что есть частица с зарядом -2e/3 и частица с зарядом +e/3. Это верхний антикварк и нижний антикварк соответственно. Теперь, после этого, вы вполне разумно зададите вопрос, почему мы наблюдаем больше верхних кварков, чем верхних антикварков, и другие последующие вопросы, такие как асимметрия материи и антивещества в экспериментах?
gj255