チャージ (物理ぶつり学がく)

物理ぶつり学がくにおいて、チャージ (荷に量りょう、charge) は電磁気でんじき学がくにおける電荷でんかおよび磁荷や量子りょうし色しょく力学りきがくにおけるカラーチャージなどの種々しゅじゅの物理ぶつり量りょうを一般いっぱん化かした概念がいねんである。チャージは保存ほぞんされた量子りょうし数すうと関連かんれんしている。

形式けいしき的てき定義ていぎ

より抽象ちゅうしょう的てきには、チャージは対象たいしょうとする物理ぶつり系けいの連続れんぞく対称たいしょう性せいの任意にんいの生成せいせい作用素さようそ（生成せいせい演算えんざん子こ）である。物理ぶつり系けいがある種しゅの対称たいしょう性せいを持もつとき、ネーターの定理ていりは保存ほぞんカレントの存在そんざいを示唆しさする。カレントにおいて“流ながれているもの”がチャージに相当そうとうし、チャージは（局所きょくしょ）対称たいしょう性せいの生成せいせい演算えんざん子こである。このチャージは、ネーターチャージと呼よばれることがある。

例たとえば、電磁気でんじき学がくにおいては、U(1)対称たいしょう性せいの生成せいせい演算えんざん子こが電荷でんかであり、保存ほぞんするカレントは電流でんりゅうである。

局所きょくしょ的てきには、あらゆるチャージと関連かんれんする力学りきがく的てきな対称たいしょう性せいはゲージ場じょうである。 この理論りろんでは、チャージはそのゲージ場じょうを"放射ほうしゃ"する。このように考かんがえたとき、例たとえば、電磁気でんじき学がくのゲージ場じょうは電磁場でんじばであり、ゲージ粒子りゅうしは光子こうしである。

"チャージ"という言葉ことばは、対称たいしょう性せいの生成せいせい演算えんざん子こを言及げんきゅうする"生成せいせい演算えんざん子こ"の類義語るいぎごとして使つかわれることがある。より正確せいかくには、対称たいしょう群ぐんがリー群ぐんのとき、そのチャージはリー群ぐんのルート系けいに一致いっちするものとして理解りかいすることができ、ルート系けいの離散りさん性せいによってチャージの量子りょうし化かを説明せつめいすることができる。

チャージの例れい

「対称たいしょう性せい_(物理ぶつり学がく)#保存ほぞん則そくと対称たいしょう性せい」も参照さんしょう

様々さまざまなチャージの量子りょうし数すうが素粒子そりゅうし物理ぶつり学がくの理論りろんによって導入どうにゅうされている。これらは標準ひょうじゅん模型もけいのチャージを含ふくむ：

• カラーチャージ：クォークがもつチャージで、色いろ荷には量子りょうし色しょく力学りきがくのカラーSU(3)対称たいしょう性せいを生成せいせいする。
• 弱じゃくアイソスピン：弱じゃく荷にとも。電でん弱じゃく相互そうご作用さようの量子りょうし数すうであり、電でん弱じゃくSU(2) × U(1)対称たいしょう性せいのSU(2)部分ぶぶんを生成せいせいする。弱じゃくアイソスピンは局所きょくしょ対称たいしょうであり、そのゲージ粒子りゅうしはWボソンとZボソンである。
• 電荷でんか：電磁でんじ相互そうご作用さようのチャージ。

近似きんじ的てき対称たいしょう性せいのチャージ:

• アイソスピン：対称たいしょう群ぐんはSU(2)フレーバー対称たいしょうである。ゲージ粒子りゅうしはパイ中間子ちゅうかんしである。パイ中間子ちゅうかんしは基本きほん粒子りゅうしではなく、その対称たいしょう性せいは近似きんじ的てきである。それはフレーバー対称たいしょう性せいの特別とくべつな場合ばあいである。
• フレーバー量子りょうし数すう：ストレンジネスやチャームのような粒子りゅうしのチャージで量子りょうし数すうでもある。これらは基本きほん粒子りゅうしの大域たいいきSU(6)フレーバー対称たいしょう性せいを生成せいせいする。この対称たいしょう性せいは重おもいクォークの質量しつりょうにより悪わるく破われる (badly broken symmetry) 。

標準ひょうじゅん模型もけいを拡張かくちょうする仮説かせつ上じょうのチャージ:

• 電磁気でんじき学理がくり論ろんの新あたらしいチャージである磁荷。磁荷は実験じっけんによって観測かんそくされていないが、磁気じき単たん極きょく子こなどの理論りろんに現あらわれる。
• X荷に：大だい統一とういつ理論りろん（GUT）において、U(1)X対称たいしょう性せいに相当そうとうするネーター・チャージ。GUTの破やぶれによりバリオン数すうとレプトン数すうが生しょうじる。

素粒子そりゅうし理論りろんの形式けいしき化かにおいて、チャージ型がたの量子りょうし数すうはチャージ共役きょうやく演算えんざん子こCによって反転はんてんできるものがある。カイラルフェルミオンについては反転はんてんできないものが多おおい。チャージ共役きょうやくは、二ふたつの等価とうかでないが同型どうけいである群ぐん表現ひょうげん内うちに起おこる所定しょていの対称たいしょう群ぐんを単たんに意味いみする。普通ふつうは、二ふたつのチャージ共役きょうやく表現ひょうげんはリー群ぐんの基本きほん表現ひょうげんである。そのとき、それらの積せきは群ぐんの随伴ずいはん表現ひょうげんを形成けいせいする。

一般いっぱん的てきな例れいとして、SL(2,C)（スピノル）の二ふたつのチャージ共役きょうやく基本きほん表現ひょうげんの積せきはローレンツ群ぐんSO(3,1)の随伴ずいはん表現ひょうげんである。抽象ちゅうしょう的てきには、次つぎのように書かくことができる：

$2\otimes {\overline {2}}=3\oplus 1.\$