ЗАРЯ́Д

ЗАРЯ́Д, фи­зич. ве­ли­чи­на, яв­ляю­щая­ся ис­точ­ни­ком по­ля, по­сред­ст­вом ко­то­ро­го осу­ще­ст­в­ля­ет­ся взаи­мо­дей­ст­вие час­тиц, об­ла­даю­щих этой ха­рак­те­ри­сти­кой (элек­три­че­ский за­ряд, сла­бый З., цве­то­вой З.). В элек­тро­ди­на­ми­ке элек­трич. З. иг­ра­ет имен­но эту двоя­кую роль, яв­ля­ясь, с од­ной сто­ро­ны, со­хра­няю­щей­ся ве­ли­чи­ной (см. Со­хра­не­ния за­ко­ны), а с дру­гой – ис­точ­ни­ком элек­тро­маг­нит­но­го по­ля и его без­мас­со­вых кван­тов (фо­то­нов). З. на­зы­ва­ют так­же не­ко­то­рые ад­ди­тив­ные фи­зич. ве­ли­чи­ны, со­хра­няю­щие­ся (точ­но или при­бли­жён­но) в про­цес­сах пре­вра­ще­ния час­тиц, обу­слов­лен­ных оп­ре­де­лён­ны­ми ти­па­ми взаи­мо­дей­ст­вия (напр., ба­ри­он­ный за­ряд, леп­тон­ный за­ряд, ги­пер­за­ряд, стран­ность). При опе­ра­ции за­ря­до­во­го со­пря­же­ния все З. ме­ня­ют свой знак (т. е. час­ти­ца и ан­ти­час­ти­ца об­ла­да­ют рав­ны­ми по ве­ли­чи­не, но про­ти­во­по­лож­ны­ми по зна­ку З.). За­ко­нам со­хра­не­ния З. от­ве­ча­ет ин­ва­ри­ант­ность тео­рии от­но­си­тель­но гло­баль­ных ка­либ­ро­воч­ных пре­об­ра­зо­ва­ний (т. е. пре­об­ра­зо­ва­ний в про­стран­ст­ве внут­рен­них сим­мет­рий). Ба­ри­он­но­му за­ря­ду, стран­но­сти и т. п. не со­от­вет­ст­ву­ет к.-л. даль­но­дей­ст­вую­щее по­ле. Эти З. 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 З. – 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 $n^2- 1$ разл. ти­пов ка­либ­ро­воч­ных по­лей и за­ря­дов. При этом кван­ты по­лей об­ла­да­ют З. и обя­за­тель­но взаи­мо­дей­ст­ву­ют ме­ж­ду со­бой, а са­ми З. от­ве­ча­ют пре­вра­ще­нию од­них час­тиц в дру­гие. За­кон взаи­мо­дей­ст­вия со­от­вет­ст­вую­щих по­лей од­но­знач­но за­да­ёт­ся ус­ло­ви­ем ка­либ­ро­воч­ной ин­ва­ри­ант­но­сти. При­ме­ра­ми тео­рий с не­сколь­ки­ми З. яв­ля­ют­ся ка­либ­ро­воч­ная тео­рия элек­тро­сла­бо­го взаи­мо­дей­ст­вия (ЭСВ), ос­но­ван­ная на ка­либ­ро­воч­ной груп­пе $SU(2)×U(1)$, и ка­либ­ро­воч­ная тео­рия силь­но­го взаи­мо­дей­ст­вия – кван­то­вая хро­мо­ди­на­ми­ка (КХД), ос­но­ван­ная на ка­либ­ро­воч­ной груп­пе цве­то­вой сим­мет­рии $SU(3)_c$. При этом роль сла­бых З. – ис­точ­ни­ков кван­тов по­ля сла­бо­го взаи­мо­дей­ст­вия – иг­ра­ют кван­то­вые пе­ре­хо­ды ней­три­но в элек­трон или $u$-квар­ка в $d$-кварк. Пред­став­ле­ние о еди­ной фун­дам. 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 то­по­ло­гич. 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 З. в та­ких мо­де­лях. В рам­ках ло­каль­ных су­пер­сим­мет­рич­ных мо­де­лей объ­е­ди­не­ния взаи­мо­дей­ст­вий по­яв­ля­ет­ся воз­мож­ность еди­но­го опи­са­ния всех че­ты­рёх фун­дам. взаи­мо­дей­ст­вий, вклю­чая гра­ви­та­ци­он­ное. При этом в тео­рии на­ря­ду с 4-век­тор­ны­ми то­ка­ми воз­ни­ка­ют спи­нор­ные то­ки (и спи­нор­ные за­ря­ды).