基本介紹
- 中文名：粒子電荷
- 外文名：Particle charge
- 說法：每種粒子都具有確定的電荷
- 實驗值：e=(4.803242±0.000014)×10-10esu
- 強子結構理論：組成強子粒子夸克具有分數電荷
概念,粒子電荷的二分量理論,電荷的自旋分量,二分量理論,
概念
每種粒子都具有確定的電荷。實驗表明，已發現的各種粒子的電荷都是質子電荷e的整數倍,這個規律稱為電荷量子化。對電荷量子化的最精確實驗檢驗是測量質子與電子電荷的代數和，如果電荷量子化嚴格成立，則其值應嚴格為零。現有實驗給出質子與電子電荷的代數和的絕對值小於10-21e，這表明電荷量子化在相當高的精度下成立。
粒子電荷
粒子電荷質子電荷的現有實驗值為：
e=(4.803242±0.000014)×10-10esu=(1.6021892±0.0000046)×10-19C
現已發現基本粒子電荷的絕對值最大為質子電荷的2倍。
現有強子結構理論認為：組成強子的更深層次的粒子夸克具有分數電荷，即其電荷為質子電荷的2/3倍或-1/3倍。但由於理論上推測夸克受到色禁閉的限制而不可能自由存在，實驗上也確未發現自由夸克的存在，很可能自然界能夠自由存在的粒子電荷仍然是質子電荷的整數倍。夸克的電荷取值為和的論斷，已由幾個獨立的實驗間接驗證。
粒子電荷的二分量理論
1936年，卡孫（Cassen）和康登（Condon） 研究原子核結構和核力問題時，首先引進了同位旋概念。同位旋是描述核子帶電狀態的旋量。核子的同位旋為1/2，質子同位旋第三分量 (簡稱分量) 為十1/2，中子的同位旋分 量為一1/2。1938年，克茂 (Kemmer) 進一 步把同位旋擴充到介子場理論中去，從而證明π+、π0、 π-介子的同位旋分量各為1、0、-1。 1947年後，人們發現了許多所謂的奇異粒子。蓋爾曼 (Gell一 Mann) 和西島(Nishirima)等人引進了奇異數，並發現強子的電荷Q和同位旋分量 t3 、重子數N和奇異數S具有如下簡單關係：
此式通常稱為蓋爾曼——西島法則。式中Q以電子的電荷e為單位。
為揭示同位旋分量和蓋爾曼——西島定則背後隱藏的物理意義，在分析大量實驗材料的基礎，提出粒子電荷的二分量理論。認為所有基本粒子的電荷，都是由兩個分量合成的；一 個是自旋分量L3，另一個是同位旋分量T3，所以，基本粒子的電荷可表為
式為粒子電荷的二分量公式。T3和L3都是普通守恆的量。由此便決定了電荷的普遍守恆。
電荷的自旋分量
電荷的自旋分量L3由粒子的螺旋性決定。同位旋分量T3也應該和粒子的螺旋性自接相關。例如，質子的同位旋分量T3 = 1/2，就是說質子的同位旋在其動量方向上的分量為含，而不是說質子的同位旋在任何給定方向上的分 量都是1/2。 這樣，粒子的手性一定，它的同位旋分量的大小和正負也就都完全決定了。因此，也與給定方向的選 取和粒子向何方運動沒有任何關係。按照以上的規定，則由右旋質子的 L3 =1/2，T3也是1/2，知質子電荷的自旋 和同位旋分量都是1/2e。 代入電荷二分量公式，得右旋質子的電荷Q=e。又由右旋中子的 L3 = 1/2，T3 = -1/2, 得 中子的電荷Q =0。
二分量理論
右旋正電子重子有自旋，輕子也有自旋。且 就自旋為1/2的粒子來說，不論質量大小，自旋都是1/2( 如核子的自旋是1/2，電子和中微子的自旋也是1/2，等等)。因此，只要給電子和中微子的同位旋下個適當的定義，粒子電荷的二分量公式就可以由強子擴充到輕子。對輕子電荷的自旋分量L3可以直接由重子推廣到輕子。這種由粒子電荷的二分量公式和電荷的自旋和同位旋分量守恆定律構成的理論系統，稱之為粒子電荷的二分量理論。有了粒子電荷的二分量理論，則正反粒子的鏡象對稱或 CP聯合反演不變，就能夠得到一個明確的解釋。
