チャージ (物理学)のソースを表示

{{Otheruses|物理学の最も一般的な意味での[[チャージ]]|電磁気学における意味でのチャージ|電荷}}{{出典の明記| date = 2022-12}}
[[物理学]]において、'''チャージ''' (荷量、charge) は[[電磁気学]]における[[電荷]]および[[磁荷]]や[[量子色力学]]における[[カラーチャージ]]などの種々の物理量を一般化した概念である。チャージは保存された[[量子数]]と関連している。

== 形式的定義 ==
{{出典の明記| section = 1| date = 2022-12}}
より抽象的には、チャージは対象とする[[物理系]]の[[w:continuous symmetry|連続対称性]]の任意の[[w:Generating set of a group|生成作用素]]（生成演算子）である。物理系がある種の[[対称性 (物理学)|対称性]]を持つとき、[[ネーターの定理]]は[[w:conserved current|保存カレント]]の存在を示唆する。カレントにおいて“流れているもの”がチャージに相当し、チャージは（局所）対称性の生成演算子である。このチャージは、[[ネーターの定理|ネーターチャージ]]と呼ばれることがある。

例えば、[[電磁気学]]においては、[[U(1)]]対称性の生成演算子が[[電荷]]であり、保存するカレントは[[電流]]である。

{{訳語疑問点範囲|date=2021年8月|局所的には、あらゆるチャージと関連する力学的な対称性は[[ゲージ場]]である。|局所的で力学的な対称性については、それぞれの生成演算子であるチャージに対応するゲージ場がある。}} <!--ゲージ場は量子化されると[[ゲージ粒子]]となる。-->この理論では、チャージはそのゲージ場を"放射"する。このように考えたとき、例えば、電磁気学のゲージ場は[[電磁場]]であり、ゲージ粒子は[[光子]]である。

"チャージ"という言葉は、対称性の生成演算子を言及する"生成演算子"の類義語として使われることがある。より正確には、対称群が[[リー群]]のとき、そのチャージはリー群の[[w:root system|ルート系]]に一致するものとして理解することができ、ルート系の離散性によってチャージの量子化を説明することができる。

== チャージの例 ==
{{出典の明記| section = 1| date = 2022-12}}
{{See also|[[対称性_(物理学)#保存則と対称性]]}}

様々なチャージの量子数が[[素粒子物理学]]の理論によって導入されている。これらは[[標準模型]]のチャージを含む：
* [[カラーチャージ]]：[[クォーク]]がもつチャージで、色荷は[[量子色力学]]のカラー[[SU(3)]]対称性を生成する。
* [[弱アイソスピン]]：[[弱荷]]とも。[[電弱相互作用]]の量子数であり、電弱SU(2)&nbsp;&times;&nbsp;U(1)対称性の[[SU(2)]]部分を生成する。弱アイソスピンは局所対称であり、そのゲージ粒子は[[WボソンとZボソン]]である。
* [[電荷]]：[[電磁相互作用]]のチャージ。
<!-- * [[質量]]：[[量子重力理論]]での[[重力子]]や[[超重力理論]]での[[グラビティーノ]]をゲージ粒子とする[[重力]]のチャージと予想されるが、数値的検証の[[検証可能性]]が未知数で理論の検証にも至っていない。 
↑質量というよりはエネルギー・運動量ベクトル（4元運動量）か？ 古典の重力理論（一般相対論）でカレントに相当するのがエネルギー・運動量テンソルだろうから -->

近似的対称性のチャージ:
* [[アイソスピン]]：対称群は[[SU(2)]][[フレーバー (素粒子)|フレーバー]]対称である。ゲージ粒子は[[パイ中間子]]である。パイ中間子は[[基本粒子]]ではなく、その対称性は近似的である。それはフレーバー対称性の特別な場合である。
* [[フレーバー_(素粒子)|フレーバー量子数]]：[[ストレンジネス]]や[[チャーム (量子数)|チャーム]]のような粒子のチャージで量子数でもある。これらは基本粒子の大域[[SU(6)]]フレーバー対称性を生成する。この対称性は重いクォークの質量により悪く破れる (badly broken symmetry) 。

標準模型を拡張する仮説上のチャージ:
* 電磁気学理論の新しいチャージである[[磁荷]]。磁荷は実験によって観測されていないが、[[磁気単極子]]などの理論に現れる。
* [[X荷]]：[[大統一理論]]（GUT）において、[[U(1)X]]対称性に相当する[[ネーターの定理|ネーター・チャージ]]。[[B-L|GUTの破れ]]により[[バリオン数]]と[[レプトン数]]が生じる。

素粒子理論の形式化において、チャージ型の量子数は[[w:charge conjugation|チャージ共役]]演算子Cによって反転できるものがある。[[スピノール|カイラルフェルミオン]]については反転できないものが多い。チャージ共役は、二つの等価でないが[[同型]]である[[群の表現|群表現]]内に起こる所定の対称群を単に意味する。普通は、二つのチャージ共役表現はリー群の[[w:fundamental representation|基本表現]]である。そのとき、それらの積は群の[[w:adjoint representation|随伴表現]]を形成する。

一般的な例として、[[SL(2,C)]]（[[スピノル]]）の二つのチャージ共役基本表現の積は[[ローレンツ群]][[SO(3,1)]]の随伴表現である。抽象的には、次のように書くことができる：
:<math>2\otimes\overline{2}=3\oplus 1.\ </math>

<!-- == 関連項目 == -->

<!-- == 脚注 ==
{{reflist}} -->

<!-- == 外部リンク == -->

{{DEFAULTSORT:ちやし}}
[[Category:物理量]]