Pourquoi un électron est-il chargé négativement et quelle est la différence entre les charges négatives et positives?

En théorie quantique des particules élémentaires (dans un sens de représentation irréductible du groupe de Poincaré avec masse $ m $ et spin (hélicité) $ s $) si un opérateur $ \ hat {Q} $ de symétrie interne commute (comme la charge électrique) avec hamiltonien $ \ hat {H} $ de la théorie des champs donnée, il doit y avoir $$ [\ hat {Q}, \ hat {\ varphi} ^ {\ dagger} _ {A} (\ mathbf p)] | \ rangle = q_ {A} \ hat {\ varphi} ^ {\ dagger} _ {A} (\ mathbf p), \ quad [\ hat {Q}, \ hat {\ varphi} _ {A} (\ mathbf p)] | \ rangle = -q_ {A} \ hat {\ varphi} _ {A} (\ mathbf p). $$ Ici $ \ hat {\ varphi} ^ {\ dagger} (x) $ est un champ qui crée des particules tandis que $ \ hat {\ varphi} (x) $ est un champ qui crée des antiparticules.

Vous pouvez donc voir deux faits: la particule a une charge égale à la charge de lantiparticule correspondante de signe moins; le réglage du signe de la charge de la particule est formel. Nous pouvons définir la charge du positron comme négative, la physique ne change pas.

La charge nest que la mesure de linteraction. Voyons ceci sur lexemple simple.

Nous savons quil existe une interaction entre deux électrons qui ne peut pas être décrite comme gravitationnelle (ils sont repoussés). Nous savons également que le proton et lélectron sont attirés (cette interaction ne peut pas non plus être décrite comme gravitationnelle car elle est plus forte quelle). On sait alors que cette force dinteraction au cas le plus simple coïncide avec la loi $ \ frac {1} {r ^ {2}} $, et la mesure dinteraction est constante dans le temps. Nous devons construire la théorie avec ces propriétés. La charge dune particule donnée, comme (pour simplifier) la masse en cas dinteraction gravitationnelle, nous dit de sa participation à linteraction.

Commentaires

• Jai posé une question similaire il y a quelques mois dans lespoir davoir un aperçu. Il semble que nous ' t ayons la " la gravité-est-la-flexion-de-lespace-temps " explication de la charge pour le moment. Nous pouvons décrire le quoi mais pas le pourquoi. Excellente question globale!
• Votre premier paragraphe pourrait effrayer certains lecteurs, mais les autres sont vraiment bons.+1
• @Shookster La théorie de la relativité générale est une exception dans son apparence, car elle est apparue bien avant quil y ait des données pour confirmer ses prédictions. POURQUOI les questions en physique sur les définitions fondamentales aboutissent sur les postulats et les lois qui doivent être supposés pour quun modèle mathématique sadapte aux données existantes et prédit de nouvelles observations. Les postulats et les lois ont été choisis pour le modèle mathématique comme axiomes supplémentaires PARCE QUils contraignent les mathématiques aux observations et corrigent les prédictions. Lun des postulats implicites des données est lexistence de deux charges opposées.

Si nous reprenons désigner toutes les charges électriques positives comme négatives et vice versa, tout en gardant leur valeur absolue, la physique résultante serait la même. Le choix exact nest donc quune question de convention.

Il importe seulement que la charge électrique du proton et de lélectron soit opposée ($ Q_ \ text {proton} = – Q_ \ text {électron} $). Les frais sont additifs, ce qui signifie que si vous avez un système avec des frais $ Q_1 $ et un autre système avec des frais $ Q_2 $, le système combiné a les frais $ Q_1 + Q_2 $ (somme de ces frais).

La charge de lélectron est opposée à celle du proton, donc la combinaison dun nombre égal de protons et délectrons a une charge totale nulle, cest-à-dire quelle est électriquement neutre. Une telle combinaison (jusquà dautres particules supplémentaires (neutrons)) est latome habituel (non ionisé).

Le Le concept de charge électrique est introduit pour expliquer les expériences (à lorigine de lélectricité statique). On constate que seuls deux types de charges sont nécessaires et pour les distinguer et les distinguer entre elles reçoivent des étiquettes. Létiquette la plus pratique est positive et négative (qui présente certains avantages mathématiques). Cest une pure convention que les protons se voient attribuer une charge positive et les électrons sont attribués comme négatifs.

On constate que toutes les charges du même type se repoussent, tandis que les charges de types différents sattirent.

Toutes les particules semblent être regroupées sous deux polarités distinctes basées sur le mode dattraction ou de répulsion. On dit que ces particules qui se repoussent ont des charges similaires. Ceux qui sattirent ont des charges différentes. Être une charge positive ou négative, est une question de convention déjà acceptée par la communauté scientifique mondiale.

Une Charge est une propriété possédée par un corps lorsquil y a un déséquilibre interne du nombre de particules portant des polarités différentes en fonction de lattraction ou de la répulsion.