¿Existe una relación entre las propiedades de las diferentes cargas de una partícula fundamental?

Para empezar, soy un estudiante de secundaria, por lo que mi comprensión de QFT es bastante básica. Debido a esto, preferiría una respuesta simple (sería genial si fuera sí/no) junto con una explicación muy básica.

Esencialmente, sé que las tres fuerzas fundamentales: fuerza eléctrica, fuerte y débil, son el resultado de la ruptura espontánea de la simetría. A bajas energías, la simetría se rompe y las fuerzas se "dividen".

Mi pregunta se basa en esto. Ahora que las fuerzas se han "dividido", ¿hay alguna relación directa entre estas fuerzas? Por ejemplo, un electrón tiene una carga eléctrica de -1, una carga fuerte de 0 y una carga débil de -1/2. Entonces, ¿hay una conexión entre el -1, el 0 y el -1/2? Si uno de los valores cambiara, ¿cambiaría alguno de los otros dos valores? En caso afirmativo, ¿sería ambos o sería solo uno de ellos?

Entonces, en esencia, ¿podría existir una partícula fundamental que, por ejemplo, tenga una carga eléctrica de -2, una carga de color y una carga débil de 1/2? No estoy seguro de si hay otra restricción que no permita que la carga eléctrica baje de -1, pero ignorando estas otras restricciones, solo basándonos en la relación pura entre estas cargas, cambiar una afectaría a las otras 2, y si entonces, ¿hay solo un cierto número de combinaciones de estos 3 cargos?

La fuerza fuerte no surge (al menos dentro del modelo estándar) de un mecanismo de ruptura de simetría, por lo que debe restringir su pregunta solo a electrodébil. Para este caso, es posible que desee buscar hipercarga .
@NiharKarve, está bien. pero incluso en ese caso, incluso si la fuerza fuerte no surge de la ruptura de la simetría, ¿existe una relación entre todas estas fuerzas existentes tal que cambiando un valor cambia los otros?
Esto no es realmente parte de una buena respuesta, pero ... Podría arreglar tener tal partícula, sin embargo , por una razón altamente técnica de consistencia de la teoría, tendría que cancelar sus anomalías agregando más partículas realizando esa función. No hay una explicación sencilla, me temo.

Respuestas (2)

Déjame darte la vista desde el lado del experimento:

El modelo, denominado modelo estándar de física de partículas, es una teoría matemática cuántica de campos que ajusta los datos hasta el momento y sus predicciones se cumplen continuamente.

Además, las funciones integral y diferencial del modelo deben obedecer a una teoría de grupos específica, para poder ajustar las diversas cargas medidas en los experimentos, que conducen a describir las partículas fundamentales y sus compuestos, por las que está preguntando.

La simetría de calibre local SU(3)×SU(2)×U(1) es una simetría interna que define esencialmente el modelo estándar. Aproximadamente, los tres factores de la simetría de calibre dan lugar a las tres interacciones fundamentales.

Las teorías de grupos son tan estrictas como la integración y la diferenciación, una vez decididas, no se puede elegir la forma en que se representan las partículas, pero la teoría de grupos impone la forma específica en que se combinan las cargas que permiten que existan partículas reales y compuestos de partículas. Uno no puede elegir entre los miembros del grupo.

Un buen ejemplo es la predicción de que una partícula llamada Ω − debería existir, que se encontró experimentalmente y confirmó el modelo de quark del modelo estándar.

omega

La partícula fue encontrada y confirmó la investigación teórica que condujo al desarrollo del modelo estándar.

Por lo tanto, no es posible asignar cargas arbitrariamente a las partículas, es el modelo estándar en sí mismo, tal como se ha desarrollado, el que realiza la asignación, para estar de acuerdo con las observaciones. Si en futuros experimentos las observaciones arrojan más combinaciones de las cargas que existen en las simetrías del modelo estándar, el modelo debería cambiar para estar de acuerdo con la naturaleza y seguir teniendo poder predictivo.

¡Muchas gracias!
Además, solo para estar seguro, cuando dice que no es posible asignar cargas arbitrariamente a las partículas, se refiere tanto a las partículas elementales como a las compuestas, ¿verdad?
sí, porque las posibles combinaciones de partículas compuestas también están limitadas por las representaciones de grupo. La gráfica de arriba es de partículas compuestas, quarks
Entiendo. Gracias
También una última cosa, cuando dice que no es posible asignar cargas arbitrariamente a las partículas, ¿implica eso que cambiar el valor de una carga tendrá un efecto en los valores de las cargas restantes?
Significa que estarás destruyendo la representación, la simetría del grupo. La teoría es válida porque se ajusta a los datos, no puedes introducir nuevos datos a la teoría o cambiar los datos, y la teoría puede predecir nuevas combinaciones como el ejemplo que doy. Cualquier cosa nueva debe encajar en una representación grupal, está restringida por el grupo.
Sí, eso lo entendí. Por mi pregunta, estaba hablando más sobre la naturaleza de las combinaciones en la simetría de calibre SU(3) x SU(2) x U(1), o cualquier otra simetría de calibre para el caso. ¿Cambiar el valor del cargo de cualquiera de estos grupos individualmente (ya sea SU(3) o SU(2) o U(1)) afectará el valor de cualquier otro cargo (dado que es invariable, entonces no 0)
El valor de carga se determina experimentalmente , asumiendo los grupos estándar, para los datos actuales. No se puede cambiar arbitrariamente. En una teoría, lo que se ajustaba a los datos podría convertirse en una variable y permitir todo tipo de fantasías, pero no tendría conexión con nuestro universo actual.
Sí, entiendo que está determinado experimentalmente y se ha ajustado para que coincida con nuestras observaciones. Ahora estoy hablando cuando se trata de predecir nuevas partículas, y lo estoy viendo en un sentido más teórico. Según la teoría actual, ¿es posible que un cambio en una carga no afecte a ninguna de las otras cargas? Digamos, por ejemplo, que hay carga A y carga B. Para la partícula 1, la carga A es -1 y la carga B es 2. Sin embargo, la partícula B no es invariable en la carga B. ¿Tiene esto un efecto en la carga A de la partícula? ¿Puede P1 ser (-1,2) y P2 ser (-1,0)? Estoy hablando desde una perspectiva teórica.
La teoría es rígida en cuanto a los números cuánticos asignados a las partículas en el modelo. Los números cuánticos son fijos, no pueden tener una fracción de un número cuántico en mecánica cuántica. puede haber múltiplos y se pueden predecir nuevos compuestos. la carga eléctrica como mínimo es 0, +/-1/3 +/-2/3 en el modelo. no puede tener otro valor por debajo de este, será un nuevo modelo que no describe datos
Ah, está bien, y un quark que es invariable en términos de tener una carga de color está relacionado con esto, ¿verdad? Entonces, mirando hacia atrás en mi pregunta anterior sobre P1 y P2, si una partícula no es invariante para una transformación particular, y otra partícula es invariante para esa transformación, ¿pueden ambas partículas ser igualmente invariantes en las transformaciones en las que ambas son invariantes? P.ej. siendo P1 (-1,2) y siendo P2 (-1,0)? Y me refiero al Modelo Estándar actual
No puedo responder a esto, uno mira interacciones específicas o posibles decaimientos y verifica si están permitidos por las conservaciones de números cuánticos.
De acuerdo con el modelo estándar actual, ¿dictan estas conservaciones de números cuánticos la posible combinación de cargas para todas las cargas? Creo que mi pregunta es más matemática en términos de simetría. Las diferentes transformaciones tienen que estar relacionadas, ¿verdad? Si una partícula en particular es invariante bajo una determinada transformación, tiene que ser así por una razón, y entonces, ¿es matemáticamente posible que otra partícula sea igualmente invariante bajo cualquier otra transformación menos una? Lo siento por ser tan hipotético, pero esto es lo único que me queda y que desesperadamente necesito entender.

Las cargas fundamentales del modelo estándar en realidad se denominan "Hipercarga débil", "Isospin débil" y "Color" (las dos primeras se "mezclan" para producir la fuerza débil y la fuerza electromagnética, mientras que la tercera produce la fuerza fuerte). Sin embargo, estos 3 cargos son independientes entre sí, en el sentido de que conocer uno de ellos no me dice sobre los otros dos.

Más detalles (no lea lo siguiente si le preocupa confundirse): en realidad, hay 2 factores de vértice diferentes para la fuerza débil, que corresponden a 2 bosones diferentes que interactúan débilmente (los bosones W y el bosón Z).

Entonces, en esencia, cambiar el valor de uno de los cargos no tendrá absolutamente ningún efecto en los valores de los otros dos cargos.
Es cierto, sin embargo, que la carga eléctrica depende de la hipercarga débil y del isospín débil.
Estoy totalmente de acuerdo con @Photon. Para profundizar en su comentario, puede pensar en la hipercarga débil y el isospin débil como parámetros libres. Sin embargo, para cambiar la carga eléctrica sin afectar la fuerza débil y la fuerza fuerte, debe ajustar simultáneamente la hipercarga débil y el isospin débil.
@TheGypsyKing en su respuesta original, dijo que la hipercarga débil y el isospin débil se "mezclan" para producir la fuerza débil y EM. Ahora, si cambia la carga eléctrica y no quiere afectar la fuerza débil y la fuerza fuerte, debe ajustar la hipercarga débil, girar simultáneamente. Pero si por ajuste quiere decir cambio, ¿no tendrá eso un efecto en la fuerza débil? Si la carga débil y la eléctrica son el resultado de la mezcla de dos cargas fundamentales, ¿cómo es que causar un cambio en una (eléctrica) no causa un cambio en la otra (débil) en cualquier circunstancia?
@malharb Así que imagina x=a+b y y=ab, siendo a y b parámetros libres. Siempre es posible cambiar x sin cambiar y ajustando a y b.
@TheGypsyKing oh, está bien, eso tiene sentido. Entonces, básicamente, ignorando cualquier otra restricción, ¿puede existir una partícula fundamental con cualquier combinación de carga fuerte, carga eléctrica y carga débil?
@malharb No del todo, porque no tiene sentido decir "una carga débil". Hay dos bosones que interactúan débilmente, los bosones W y el bosón Z, que dependen del isospín débil y de la hipercarga débil de manera diferente. Por lo tanto, hay 3 factores de vértice (bosón W, bosón Z, fotón) con solo 2 parámetros (hipercarga débil, isospin débil).
@TheGypsyKing Lo tengo. Esto está un poco fuera de la tangente, pero ¿la hipercarga y el isospin también "convergen" en algún momento? En el sentido de que si la hipercarga débil y el isospín débil son cargas fundamentales, ¿qué determina su valor? Si estamos viendo una partícula fundamental como una partícula puntual, ¿es como el nivel de energía de la partícula que es la variable de "entrada" que determina el valor de todas las cargas (en algún tipo de mecanismo de cadena)?
¿Existe una relación entre las propiedades de las diferentes cargas de una partícula fundamental?
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