Заряд

ЗАРЯД, физическая величина, являющаяся источником поля, посредством которого осуществляется взаимодействие частиц, обладающих этой характеристикой (электрический заряд, слабый заряд, цветовой заряд). В электродинамике электрический заряд играет именно эту двоякую роль, являясь, с одной стороны, сохраняющейся величиной (смотри Сохранения законы), а с другой - источником электромагнитного поля и его безмассовых квантов (фотонов). Зарядом  называют также некоторые аддитивные физические величины, сохраняющиеся (точно или приближённо) в процессах превращения частиц, обусловленных определёнными типами взаимодействия (например, барионный заряд, лептонный заряд, гиперзаряд, странность). При операции зарядового сопряжения все заряды меняют свой знак (т. е. частица и античастица обладают равными по величине, но противоположными по знаку зарядами). Законам сохранения заряда отвечает инвариантность теории относительно глобальных калибровочных преобразований (т. е. преобразований в пространстве внутренних симметрий). Барионному заряду, странности и т. п. не соответствует какое-либо дальнодействующее поле. Эти заряды могут быть связаны только с глобальной калибровочной симметрией. Для того чтобы сохраняющаяся величина выступала в качестве источника поля, теория должна быть инвариантной относительно локальных калибровочных преобразований. Создаваемые в этом случае поля являются векторными полями, а отвечающие им частицы - кванты полей - обладают спином 1 и должны быть безмассовыми. В электродинамике имеется только один тип заряда - электрический. Поэтому в квантовой электродинамике имеется только одно калибровочное поле - электромагнитное, отвечающее теории инвариантности относительно локальных калибровочных преобразований с абелевой группой симметрии U(1). В случае группы симметрии SU(n) существует n²-1 различных типов калибровочных полей и зарядов. При этом кванты полей обладают зарядом и обязательно взаимодействуют между собой, а сами заряды отвечают превращению одних частиц в другие. Закон взаимодействия соответствующих полей однозначно задаётся условием калибровочной инвариантности. Примерами теорий с несколькими зарядами являются калибровочная теория электрослабого взаимодействия (ЭСВ), основанная на калибровочной группе SU(2) х U(1), и калибровочная теория сильного взаимодействия - квантовая хромодинамика (КХД), основанная на калибровочной группе цветовой симметрии SU(3)С. При этом роль слабых зарядов - источников квантов поля слабого взаимодействия - играют квантовые переходы нейтрино в электрон или u-кварка в d-кварк. Представление о единой фундаментальной калибровочной природе всех взаимодействий реализуется в моделях Великого объединения, рассматривающих заряды ЭСВ и КХД в рамках единой группы калибровочных преобразований. Топология, структура спонтанного нарушения калибровочной симметрии Великого объединения приводит к появлению в теории топологических зарядов. Во всех имеющихся моделях Великого объединения предсказывается существование топологически устойчивых решений, описывающих частицы с магнитным зарядом и массой порядка 10¹⁶ ГэВ/с² - магнитных монополей. Существование магнитных монополей связано с квантованием электрического заряда в таких моделях. В рамках локальных суперсимметричных моделей объединения взаимодействий появляется возможность единого описания всех четырёх фундаментальных взаимодействий, включая гравитационное. При этом в теории наряду с 4-векторными токами возникают спинорные токи (и спинорные заряды).

М. Ю. Хлопов.