Если природа демонстрирует симметрию, почему у верхних и нижних кварков не одинаковая величина электрического заряда?

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?

Часто говорят, что в природе очень много симметрий, но это не значит, что природа максимально симметрична. Если бы это было так, Вселенная была бы одним большим изотропным однородным шариком. Вы можете сказать, что во Вселенной много асимметрии, просто взглянув на окружающий мир. Действительно, на фундаментальном уровне также много асимметрии, неравномерности и почти симметрии (рассмотрите кажущиеся произвольными отношения масс фундаментальных частиц). Это мотивация к поиску более фундаментальных, симметричных теорий, но они не будут «идеально» симметричными!

Ответы (2)

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 С U ( 3 ) калибровочная группа. Между всеми кварками всех типов существует совершенное единообразие.

Кварки также несут гиперзаряд, заряд под U ( 1 ) калибровочная группа электрослабого взаимодействия. И верхние, и нижние кварки (точнее, их левые компоненты) несут Д "=" + 1 / 6 зарядка под эту группу. Правые компоненты имеют разные значения Д но я не буду обсуждать их, потому что это сделало бы историю менее красивой. ;-)

Наконец, есть С U ( 2 ) группа электрослабого взаимодействия. Левые части верхних и нижних кварков несут Т 3 "=" + 1 / 2 и Т 3 "=" 1 / 2 , прямо противоположные значения, и между ними существует совершенная симметрия. (Правосторонние компоненты несут Т 3 "=" 0 .)

Просто бывает, что ни Д ни Т 3 а только их сумма,

Вопрос "=" Д + Т 3
известный как электрический заряд, сохраняется. Индивидуальные симметрии, генерируемые Д и Т 3 «самопроизвольно ломаются» из-за механизма Хиггса, за который была присуждена последняя Нобелевская премия по физике.

Симметрия нарушена, потому что поле Хиггса час , предпочитает для понижения своей энергии ненулевое значение поля. Точнее, одна компонента отлична от нуля, и эта компонента имеет Д 0 , Т 3 0 но Вопрос "=" 0 . Итак, первые две симметрии нарушены, но последняя, U ( 1 ) 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?