¿Hay análogos a la resistencia, la inductancia, la capacitancia y la memristancia que conectan la fuerza débil con el electromagnetismo?

Recientemente se hizo una pregunta en EE.SE que traté de responder, pero gran parte de mi respuesta fue especulativa. Espero que alguien aquí pueda ayudar a mi ignorancia.

En el diseño electrónico, hay cuatro cantidades físicas de interés: voltaje, flujo, carga y corriente. Si tienes cuatro cosas y quieres elegir dos, sin importar el orden , hay 4C2 = 6 formas de hacerlo. Dos de las cantidades físicas se definen en términos de las otras dos. (La corriente es el cambio de carga a lo largo del tiempo. El voltaje es el cambio de flujo a lo largo del tiempo). Eso deja cuatro relaciones posibles: resistencia, inductancia, capacitancia y memristancia. Estos son los valores que usamos en el diseño y análisis de la electrónica todos los días. (Bueno, no memristance, pero uno puede soñar.)

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Si desea otro componente fundamental, necesita otra cantidad física para relacionarse con estos cuatro. Y si bien hay muchas cantidades físicas que se pueden medir, ninguna parece estar tan estrechamente unida como estas. Supongo que esto se debe a que la electricidad y el magnetismo son dos aspectos de la misma fuerza . Además, supongo que dado que ahora se entiende que el electromagnetismo es parte de la fuerza electrodébil , uno podría postular algunas relaciones entre la interacción nuclear débil y nuestras cuatro cantidades de voltaje, corriente, carga y flujo.

No tengo ni idea de cómo se manifestaría esto físicamente, especialmente dada la relativa debilidad de la fuerza nuclear débil en distancias inferiores a las intranucleares. ¿Quizás en presencia de fuertes campos magnéticos o eléctricos que afectan las tasas de desintegración radiactiva? ¿O en precipitar o prevenir la fusión nuclear? Supondría aún más (estoy en racha) que las intensidades de campo requeridas serían fenomenales, razón por la cual no son prácticas para la ingeniería cotidiana.

Pero eso es un montón de suposiciones. Soy un simple ingeniero y no estoy calificado para comentar inteligentemente sobre tales cosas. ¿Estoy en el estadio de béisbol? ¿Existen relaciones matemáticas teóricas o demostrables entre la interacción nuclear débil y la carga, el voltaje, el flujo y/o la corriente que corresponderían a mis suposiciones anteriores? ¿O solo estoy buscando simetría donde no existe?

Respuestas (2)

No existe una analogía de "voltaje", "corriente", "carga" o "flujo" con el electromagnetismo para la fuerza débil, al menos ninguna que sea útil.

La razón de esto es que todos estos son conceptos clásicos , mientras que la noción de fuerza débil es completamente cuántica . Tomar el límite clásico simplemente lo hace desaparecer porque la ley de fuerza clásica de las fuerzas con bosones masivos es suprimida exponencialmente por su masa, y los bosones W y Z son bastante pesados. No lo nota como una fuerza clásica real en escalas en las que podría hablar de manera significativa sobre "flujo" o "corriente".

Sin embargo, los conceptos de "carga" y "voltaje", de alguna manera, se generalizan. El voltaje es solo la (diferencia en el) potencial del campo eléctrico y, por lo tanto, relativistamente, el componente de tiempo de los cuatro potenciales de la electrodinámica . El concepto de cuatro potenciales se generaliza inmediatamente a la fuerza débil, donde ya no tiene un valor de número real, sino S tu ( 2 ) -valor matricial. Al igual que el cuatro potencial electromagnético contiene los operadores de creación de fotones, el cuatro potencial débil contiene los operadores de creación de bosones W y Z.

"Carga", en lugar de ser un múltiplo positivo o negativo de la carga elemental de los quarks, sería más parecido al espín (ya que tanto el espín como los números débiles surgen de la teoría de la representación del grupo de simetría S tu ( 2 ) ) y, por lo tanto, obtiene partículas con "carga débil total de medio entero" y "cargas débiles direccionales" que pueden, en cualquier dirección espacial, tomar un valor entre + y - su carga débil total.

Sin embargo, al igual que el color no es observable , esta carga direccional débil tampoco sería observable porque las transformaciones de calibre débil la cambian libremente.

Hay poca influencia de los campos electromagnéticos en la desintegración radiactiva porque, a nuestras escalas, la interacción electrodébil se divide en fuerza electromagnética y fuerza débil. La escala electrodébil donde comienzan a fusionarse nuevamente se encuentra en algún lugar del orden de cientos de GeV , y estoy bastante seguro de que no alcanza una escala de energía como esa simplemente aplicando campos magnéticos "fuertes"; afaik, los únicos procesos tan energéticos son los rayos cósmicos entrantes y nuestros propios colisionadores de partículas.

En conclusión, creo que, en el nivel de las cantidades que mencionas, no hay una analogía útil entre la fuerza electromagnética y la fuerza débil o electrodébil.

¿Hay análogos a la resistencia, la inductancia, la capacitancia y la memristancia que conectan la fuerza débil con el electromagnetismo?

Sí, pero no de la forma en que estás pensando. Eche un vistazo a la interacción débil en Wikipedia y tenga en cuenta esto: "El primer tipo se denomina 'interacción de corriente cargada' porque está mediada por partículas que llevan una carga eléctrica (los bosones W+ o W−) y es responsable de la fenómeno de desintegración beta. El segundo tipo se denomina 'interacción de corriente neutra' porque está mediada por una partícula neutra, el bosón Z". La interacción electromagnética presenta la corriente cargada, mientras que la interacción débil presenta una corriente neutra. Y como dije en mi comentario, la corriente de conducción no es la única corriente.

En el diseño electrónico, hay cuatro cantidades físicas de interés: voltaje, flujo, carga y corriente. Si tienes cuatro cosas y quieres elegir dos, sin importar el orden, hay 4C2 = 6 formas de hacerlo. Dos de las cantidades físicas se definen en términos de las otras dos.

Lo que debería decirte que estás dando vueltas y vueltas en círculos en lugar de llegar a los fundamentos.

Si desea otro componente fundamental, necesita otra cantidad física para relacionarse con estos cuatro.

Dado que la electrónica involucra electrones, y dado que hacemos electrones (y positrones) a partir de fotones en la producción de pares , debe observar la luz, incluida la corriente de desplazamiento , tomando nota de c = √ (1/ε 0 μ 0 ) donde ε 0 es la permitividad del vacío y μ 0 es la permeabilidad al vacío .

Y si bien hay muchas cantidades físicas que se pueden medir, ninguna parece estar tan estrechamente unida como estas.

Porque todos son derivados.

Supongo que esto se debe a que la electricidad y el magnetismo son dos aspectos de la misma fuerza.

No exactamente. Mira lo que dijo Minkowski en Espacio y tiempo :

"En la descripción del campo causado por el electrón mismo, entonces parecerá que la división del campo en fuerzas eléctricas y magnéticas es relativa con respecto al eje de tiempo asumido; las dos fuerzas consideradas juntas pueden ser más vívidamente descrito por cierta analogía con la fuerza-tornillo en mecánica; la analogía es, sin embargo, imperfecta".

Es un campo y dos fuerzas. El electrón tiene un campo electromagnético. Las interacciones del campo electromagnético entre partículas cargadas dan como resultado una fuerza eléctrica lineal y/o una fuerza magnética rotacional. Cuando solo vemos la fuerza lineal hablamos de un campo eléctrico, cuando solo vemos la fuerza de rotación hablamos de un campo magnético. Comprender por qué vemos fuerza lineal y/o rotacional es crucial.

Además, supongo que dado que ahora se entiende que el electromagnetismo es parte de la fuerza electrodébil, uno podría postular algunas relaciones entre la interacción nuclear débil y nuestras cuatro cantidades de voltaje, corriente, carga y flujo.

Estás yendo demasiado lejos con esto. En mi humilde opinión, primero debes retroceder y comprender el electrón. Podemos hacer electrones y positrones. Sólo entonces tenemos lo que llamamos carga. Luego, cuando movemos los electrones, lo llamamos corriente de conducción. Y las movemos usando otras partículas cargadas, inventadas en una caja que llamamos batería. O inventado con movimiento de rotación como lo que llamamos un imán.

No tengo ni idea de cómo se manifestaría esto físicamente...

La primera pista proviene de la luz y los electrones. De eso se trata QED. Mi consejo es centrarse en eso primero.

Pero eso es un montón de suposiciones. soy un simple ingeniero

Luego, póngase su sombrero de ingeniero y pregúntese cómo se hace un electrón y un positrón a partir de fotones en la producción de pares. Y mientras estás en eso, piensa en esto:

Z 0 = mi H = m 0 C 0 = m 0 ε 0 = 1 ε 0 C 0

¿Estoy en el estadio de béisbol? ¿Existen relaciones matemáticas teóricas o demostrables entre la interacción nuclear débil y la carga, el voltaje, el flujo y/o la corriente que corresponderían a mis suposiciones anteriores? ¿O solo estoy buscando simetría donde no existe?

1) No. 2) Sí, pero no de la forma en que piensas. 3) Sí, pero estás pensando, muy bien por ti.