¿Qué es la "discreción de carga"?

La discreción de carga es la afirmación de que la carga viene en paquetes que tienen una carga de 1 electrón de tamaño. Puedes entender esto como una consecuencia del hecho de que todo está hecho de partículas con carga definida, pero queda la pregunta de por qué el antiprotón y el electrón tienen la misma carga.

Todas las partículas tienen carga opuesta a su antipartícula, ya que la partícula y la antipartícula siempre están relacionadas por inversión del tiempo y reflexión del espacio (este es el teorema CPT). Esta es una afirmación precisa del hecho de que las antipartículas son partículas que retroceden en el tiempo. Pero no hay ningún proceso observado que lleve un protón a un antielectrón, por lo que las cargas de los dos no están obviamente relacionadas.

Pero la carga del protón y el electrón están relacionadas de tres maneras diferentes en la física moderna.

1. Los monopolos magnéticos requieren cuantificación de carga para ser consistentes. El vector potencial se define por el cambio de fase que hace en las partículas cargadas, y se multiplica por la carga para convertirse en una fase. Si las cargas están cuantizadas, entonces una cierta cantidad de potencial vectorial sobre una línea es equivalente a nada, de modo que una cierta cantidad de flujo magnético es indistinguible de la ausencia de flujo.
2. En los modelos estándar de gran unificación, estos monopolos catalizan la desintegración de protones. Esto se llama el efecto Callan-Rubikov.
3. Los agujeros negros pueden convertir la carga en protones en carga en electrones, dejando atrás la diferencia de las dos cargas. Los agujeros negros pequeños cargados son necesariamente livianos en una teoría de cuerdas o en una terminación de gravedad cuántica, por lo que se puede concluir que si la carga no está cuantizada, hay partículas cargadas muy livianas dando vueltas.

Los dos primeros puntos están estrechamente relacionados, porque si tiene un grupo de calibre discreto, puede crear un campo monopolar en el complemento de una esfera pequeña. Si tiene una gran teoría unificada, este campo monopolar puede extenderse al interior de la esfera, siempre que el grupo completo sea compacto (lo que significa que no hay carga no cuantificada en la gran teoría). Entonces, la idea de carga cuantizada equivale en última instancia a la existencia de monopolos.

La otra forma de extender un campo monopolar en el complemento de una esfera hacia el interior es convertir la esfera en un agujero negro. Esto vincula los dos primeros casos con el tercero. En todas las teorías modernas de la física, la carga se cuantifica por razones fundamentales y los monopolos magnéticos necesariamente existen por la misma razón.

Así que la noción de cuantización de carga es realmente una cosa fundamental --- dice que todas las partículas que descubrimos con carga eléctrica tendrán una carga que es un múltiplo entero de la carga del electrón (para los quarks esto se divide por 3 --- la carga real declaración es para la carga U(1) del grupo de calibre fundamental, y las cargas fundamentales son múltiplos enteros de 1/6 --- todas estas cargas locas se explican por una incrustación en la gran teoría unificada SU(5).