¿La carga de electrones es del 150%?

¿Existe una teoría de por qué la carga de un electrón es precisamente un 50% más grande (magnitud) que la de un quark? Por lo general, he pensado en esto al revés: la carga de un quark es 2/3 (o -2/3) de la de un electrón. ¿Hay algo fundamental en el espacio/tiempo/masa/etc que lo convierte en una buena proporción? (Entiendo que esta pregunta no está redactada perfectamente para cubrir la lista completa de componentes del modelo estándar. Traté de redactarla para cubrir las cargas de protones y cargas de positrones, etc., pero se volvió demasiado complicada. Opté por lo simple).

¿Conservación de carga? Un protón está formado por 3 quarks.
Tenga en cuenta que algunos quarks (abajo, extraño e inferior) tienen cargas de -1/3 y sus antipartículas +1/3. Es posible que desee cambiar el título por algo que se refiera específicamente a la relación de la carga del electrón con las cargas de los quarks.

Respuestas (1)

La carga del electrón se llama − mi ; déjame elegir la convención donde mi es positivo.

Los átomos (p. ej., el átomo de hidrógeno-1) contienen el mismo número de protones que de electrones y son neutros. Deben ser neutrales porque la materia macroscópica ordinaria está compuesta de átomos y tiene que ser neutral porque, de lo contrario, los átomos atraerían los objetos con carga opuesta y crearían compuestos neutrales, de todos modos.

De ello se deduce que los protones tienen que tener la carga opuesta a los electrones, + mi .

También sabemos que hay partículas eléctricamente neutras dentro de los núcleos, los neutrones, que solo impactan en la física nuclear, no en la física atómica (propiedades químicas). ellos tienen el cargo 0 .

A fines de la década de 1960 y principios de la de 1970, la gente aprendió que cada protón se compone de tres quarks, al igual que cada neutrón. Uno necesita dos tipos de quarks ("sabores"), tu y d . Protón tiene tu tu d y el neutrón tiene tu d d . Si tu , d denotamos las cargas de los quarks por un tiempo, tenemos las ecuaciones para las cargas totales de estos bloques

2 tu + d = + mi , tu + 2 d = 0
El segundo implica tu = − 2 d . Sustituyéndolo por el primero y obtendrás
− 4 d + d = + mi , − 3 d = + mi , d = − mi 3
y tu = + 2 mi / 3 por las cargas de los quarks. el electrón − mi es por lo tanto un 50% mayor que − 2 mi / 3 , la carga del antiquark arriba ("anti": tenga en cuenta que "arriba" y "electrón" tienen signos opuestos de la carga).

Si se quiere elegir una "carga fundamental" basada en quarks, la "carga elemental" debe ser la mínima, mi / 3 , y no 2 mi / 3 . Entonces el electrón tiene una carga 200% más alta que la carga elemental del subelectrón (del quark down).

Pero los quarks están confinados y hay otras razones, aunque en parte con sabor a convenciones, por las que la gente usa el término "carga elemental" para mi y no mi / 3 .

"Se deduce que los protones tienen que tener la carga opuesta a los electrones". Eso me parece un gran non sequitur. Podría ser + 2 mi y atrae electrones dobles. O 5 / 7 mi o tal vez incluso π mi . Que se equilibren exactamente en 1-1, y no en una proporción racional, difícilmente se deduce de lo que dices. Tal vez pueda excluir lógicamente las proporciones irracionales, pero ¿por qué lógica se excluye necesariamente 2-1?
Bueno, de hecho, el núcleo de helio tiene carga. + 2 mi y atrae electrones dobles. Pero debido a que existe el átomo mínimo con 1 electrón, el núcleo mínimo - el protón - tiene + mi . Existen pruebas de alto nivel de que las proporciones de carga eléctrica no pueden ser irracionales, vinculando cosas como los monopolos magnéticos y la gravedad cuántica, pero me temo que no tiene los antecedentes para eso. A veces solo usamos las observaciones - núcleos con mi / 2 no existen - por ejemplo.
Pero es cierto que muchas de estas observaciones empíricas pueden deducirse de argumentos puramente teóricos, al menos cuando asumimos algunas de las observaciones empíricas. Además, muchos mundos con valores erróneos de cargas, etc. no admitirían vida, por lo que, incluso sin observaciones directas, uno podría probar muchas de las afirmaciones mediante el razonamiento "antrópico" puro.
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