¿Qué es el cargo en realidad? ¿Cómo definirlo? [cerrado]

La carga es una propiedad conservada fundamental de las partículas. Es, si se quiere, una medida de cuánto interactúa una partícula con los campos electromagnéticos. Una partícula con carga puede producir y verse afectada por campos electromagnéticos. A esto nos referimos cuando decimos que una partícula tiene carga eléctrica. Puede ser útil pensar en ello como una forma cuantificada simple de medir la fuerza de acoplamiento de las partículas con la fuerza adecuada, ya que el concepto de carga se extiende también a otras fuerzas.

p.ej:

carga eléctrica para fuerza electromagnética, carga de color para fuerza fuerte, etc.

Consulte también la respuesta de @ JamalS, que es más gruesa en la abstracción y muestra los orígenes teóricos del campo cuántico de la carga eléctrica.

La carga es una cantidad que surge del teorema de Noether, debido a simetrías globales continuas (hasta una derivada total) de un Lagrangiano, y como tal tenemos muchos tipos de carga, además de la eléctrica. Por ejemplo, considere el Lagrangiano de Dirac,

$$\mathcal{L} = \bar{\psi}(i\gamma^{\mu}\partial_{\mu}-m)\psi$$

que describe los fermiones. Es invariante por un cambio de fase, es decir$\psi \to e^{-i\alpha}\psi$, que tiene una corriente conservada, a saber,

$$j^{\mu} = \bar{\psi}\gamma^\mu \psi$$

La cantidad conservada, es decir, la carga de Noether, que surge de la simetría es la integral sobre todo el espacio del componente cero, por lo tanto

$$Q = \int \mathrm{d}^3 x \, \, \bar{\psi} \gamma^0 \psi = \int \mathrm{d}^3 x \, \, \psi^{\dagger}\psi$$

La cantidad$Q$es de hecho carga eléctrica. Además, cuando el campo$\psi$se cuantifica y se expande como una onda plana con operadores como coeficientes de Fourier, se puede demostrar que$Q$también tiene la interpretación de número de partículas para fermiones. En el electromagnetismo clásico, la carga también determina la magnitud del efecto de los campos magnéticos y eléctricos sobre la materia cargada, a través de la relación de fuerza de Lorentz,

$$\vec{F} = q\left(\vec{E}+ \vec{v} \times \vec{B}\right)$$

El cargo elemental$e$también juega el papel de la constante de acoplamiento en la electrodinámica cuántica, que determina aproximadamente la fuerza de un término de interacción, a saber,

$$\mathcal{L}_{\mathrm{int}} \sim e \bar{\psi}\gamma^\mu A_\mu \psi$$

correspondiente a un vértice de interacción que involucra un fotón, un positrón y un electrón. Además, el acoplamiento$e$en realidad depende de una escala, dictada por la función beta (a un orden de ciclo),

$$\beta (e) = \frac{e^3}{12\pi^2}$$

Así que la idea de que hay una sola$e$Está Mal; de la función beta, suponiendo que ninguna corrección adicional altere su naturaleza, podemos deducir que el acoplamiento aumenta con el aumento de la escala de energía.