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6. ゲージ対称性と四つの基本相互作用

対称性と記述の自由 #

大域的対称性ではすべての位置で同じ変換を使います。ゲージ記述では位置ごとに変数の選び方を変えても、観測可能な予測は変わりません。この冗長性は新しい物理状態ではありません。

QED の共変微分の一つの符号規約は

Dμ=∂μ+ieAμ.D_\mu=\partial_\mu+ieA_\mu.

自然単位で e は結合、Aµ は電磁四元ポテンシャルです。場と粒子の変換は同じ規約でそろえます。

相互作用の役割 #

電磁気は電荷に結合し、ゲージ量子は光子です。弱い相互作用は W、Z とベータ崩壊などを含みます。強い相互作用は SU(3) の色動力学です。核子間の残留相互作用は別の記述尺度です。

質量を持つ媒介粒子のコンプトン尺度は ℏ/(Mc) です。W の静止エネルギーを約 80.4 GeV とすると約 2.45×10⁻¹⁸ m になります。これは尺度の見積もりで、仮想 W の飛行距離を測ったものではありません。一般相対論は重力を幾何として記述しますが、完全に実験確認された量子重力理論はまだありません。

出典と発展的な読書 #

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