ЗАРЯД

ЗАРЯД

- физ. величина, являющаяся источником поля, посредством к-рого осуществляется взаимодействие частиц, обладающих этой характеристикой (электрич. 3., слабый 3., цветовой заряд).3. наз. также нек-рые аддитивные физ. величины, сохраняющиеся (точно или приближённо) в процессах превращения частиц, обусловленных определёнными типами взаимодействия (напр., барионное число, лептонное число, гиперзаряд, странность). При операции зарядового сопряжения все 3. меняют свой знак (т. е. частица и античастица обладают равными по величине, но противоположными по знаку 3.). Законам сохранения 3. отвечает инвариантность теории относительно глобальных калибровочных преобразований (т. е. преобразований в пространстве внутренних симметрии). Для того чтобы сохраняющаяся величина выступала в качестве источника поля, теория должна быть инвариантной относительно л о к а л ь н ы х калибровочных преобразований (см. Калибровочная инвариантность). Создаваемые в этом случае поля являются векторными полями, а отвечающие им частицы - кванты полей - обладают спином 1 и должны быть безмассовыми. Взаимодействие между 3., осуществляемое посредством таких полей, должно быть, вообще говоря, дальнодействующим (если нет спонтанного нарушения симметрии, благодаряк-рому кванты полей могут приобретать массу). В электродинамике электрич. 3. играет именно эту двоякую роль, являясь, с одной стороны, сохраняющейся величиной (см. Заряда сохранения закон), а с другой - источником электромагн. поля и его безмассовых квантов (фотонов).Барионному числу, странности и т. п. не соответствует к.-л. дальнодействующее поле. Эти 3. могут быть связаны только с глобальной калибровочной симметрией. Если в природе реализуется только строгая локальная калибровочная симметрия, то глобальная симметрия может быть приближённой и эти 3. не должны быть строго сохраняющимися. <В калибровочной теории поля (см. Калибровочные поля)3. являются генераторами группы внутр. симметрии в пространстве состояний. Однако не все они могут характеризовать состояние физ. системы, а только коммутирующая друг с другом часть. <В электродинамике имеется только один тип 3.- 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(п )существует n²-1 разл. типов калибровочных полей и зарядов, из к-рых п-1 коммутируют друг с другом, т. е. могут характеризовать состояние физ. системы. При этом кванты полей обладают 3. и обязательно взаимодействуют между собой. Закон взаимодействия соответствующих полей однозначно задаётся условием калибровочной инвариантности. Если локальные калибровочные преобразования отведают простой или полупростой группе Ли, например группе SU(n), то взаимодействие всех 3. характеризуется одной и той же константой взаимодействия. Примерами теорий с неск. 3. являются калибровочная теория электрослабого взаимодействия (ЭСВ), основанная на калибровочной группе SU(2) X U(1), и калибровочная теория сильного взаимодействия - квантовая хромодинамика (КХД), основанная на калибровочной группе цветовой симметрии SU(З)_C. В теории ЭСВ имеются две константы, связь между к-рыми характеризуется параметром теории sin²q_W (где q_W - Вайнберга угол). В КХД есть всего одна константа взаимодействия всех восьми цветовых 3. (и квантов соответствующих цветовых полей - глюонов)a_S. Величины констант из-за радиац. поправок, обусловленных поляризаций вакуума, слабо (логарифмически) зависят от квадрата передаваемого 4-импульса |q²|, если |q²| достаточно велико, т. е. расстояние между частицами достаточно мало. Эта зависимость определяется на основе ренормализационной группы. Константа КХД уменьшается с ростом |q²| (т. е. с уменьшением расстояния между цветовыми 3.), что отвечает асимптотической свободе сильного взаимодействия, и растёт с уменьшением |q²|(с увеличением расстояния). Ввиду гипотетич. явления удержания цвета объекты с цветовым 3. в свободном состоянии не существуют. Экстраполяция тенденции изменения величин констант КХД и ЭСВ в область асимптотически больших переданных 4-импульсов (|q²|^1/2~10¹⁵ ГэВ/с) приводит к одинаковой величине всех трёх констант. Это обстоятельство позволяет рассматривать сходство в описании взаимодействий ЭСВ и КХД как проявление единой фундаментальной калибровочной природы всех взаимодействий. Представление о такой единой природе 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 теорий топологических зарядов. Во всех имеющихся моделях великого объединения предсказывается существование топологически устойчивыхрешений, описывающих частицы с магн. 3. и массой ~ 10¹⁶ ГэВ/с ² - магнитных монополей. Существование магн. монополей связано с квантованием электрич. 3. в таких моделях. <В рамках локальных суперсимметричных моделей объединения взаимодействий появляется возможность единого описания всех четырёх фундам. взаимодействий, включая и гравитационное. При этом в теории наряду с 4-векторными токами возникают спинорные токи (и спинорные заряды). М. Ю. Хлопов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.