ЗАРЯД

физическая величина, являющаяся источником поля, посредством которого осуществляется взаимодействие частиц, обладающих этой характеристикой (электрический З., слабый З., цветовой З.). Зарядом называются также нек-рые физич. величины, сохраняющиеся (точно или приближенно) в процессах превращения частиц, обусловленных определенными типами взаимодействия (напр., барионное число, лептонное число, гиперзаряд, странность). При операции зарядового сопряжения все З. меняют свой знак (то есть частица и античастица обладают равными по величине, но противоположными по знаку З.). Законам сохранения З. отвечает инвариантность теории относительно глобальных калибровочных преобразований (то есть преобразований в пространстве внутренних симметрий). Для того чтобы сохраняющаяся величина выступала в качестве источника поля, теория должна быть инвариантной относительно локальных 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 З., осуществляемое посредством таких полей, должно быть, вообще говоря, дальнодействующим (если нет спонтанного нарушения симметрии, благодаря к-рому кванты полей могут приобретать массу). В электродинамике электрич. З. играет именно эту двоякую роль, являясь, с одной стороны, сохраняющейся величиной, а с другой - источником электромагнитного поля и его безмассовых квантов (фотонов). Барионному числу, странности и т. п. не соответствуют какие-либо дальнодействующие поля. Эти З. могут быть связаны только с глобальной калибровочной симметрией. Если в природе реализуется только строгая локальная калибровочная симметрия, то глобальная симметрия может быть приближенной и эти З. не должны быть строго сохраняющимися. В калибровочной теории поля З. являются генераторами группы внутренних симметрий в пространстве состояний. Однако не все они могут характеризовать состояние физич. системы, а только коммутирующая друг с другом часть. 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 $S U(n)$ существует $n^{2}-1$ различных типов калибровочных полей и З., из к-рых $n-1$ коммутируют друг с другом, то есть могут характеризовать состояние физич. системы. При этом кванты полей обладают З. и обязательно взаимодействуют между собой. Закон взаимодействия соответствующих полей однозначно задается условием калибровочной инвариантности. Если локальные калибровочные преобразования отвечают простой или полупростой группе Ли, напр. группе $S U(n)$, то взаимодействие всех З. характеризуется одной и той же константой взаимодействия. Примерами теорий с несколькими З. являются калибровочная теория электрослабого взаимодействия, основанная на группе $S U(2) \times U(1)$, и калибровочная теория сильного взаимодействия - квантовая хромодинамика, основанная на группе цветовой симметрии $S U(3)_{c}$. В теории электрослабого взаимодействия имеются две константы, связь между к-рыми характеризуется параметром теории $\sin ^{2} \theta_{w}$ (где $\theta_{w}-$ Вайнберга угол). В квантовой хромодинамике есть всего одна константа взаимодействия всех восьми цветовых З. (и квантов соответствующих цветовых полей - глюонов) $\alpha_{s}$. Величины констант из-за радиационных поправок, обусловленных поляризацией вакуума, слабо (логарифмически) зависят от квадрата передаваемого 4-импульса $\left|q^{2}\right|$, если $\left|q^{2}\right|$ достаточно велико, то есть расстояние между частицами достаточно мало. Эта зависимость определяется на основе ренормализационной группы. Константа квантовой хромодинамики уменьшается с ростом $\left|q^{2}\right|$ (то есть с расстояния между цветовыми З.), что отвечает асимптотич. свободе сильного взаимодействия, и растет с уменьшением $\left|q^{2}\right|$ (с увеличением расстояния). Ввиду гипотетич. явления удержания цвета объекты с цветовым З. в свободном состоянии не существуют. Экстраполяция тенденции изменения величин констант квантовой хромодинамики и электрослабого взаимодействия в область асимптотически больших переданных 4-импульсов $\left(\left|q^{2}\right|^{1 / 2} \sim 10^{15}\right.$ ГэВ/с) приводит к одинаковой величине всех трех констант. Это обстоятельство позволяет рассматривать сходство в описании взаимодействий электрослабого взаимодействия и квантовой хромодинамики как проявление единой фундаментальной калибровочной природы всех взаимодействий. Представление о такой единой природе реализуется в великого объединения моделях, рассматривающих З. электрослабого взаимодействия и квантовой хромодинамики в рамках единой группы калибровочных преобразований. Топологич. 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 З. и массой $\sim 10^{16}$ ГэВ/с - магнитных монополей. В рамках локальных суперсимметричных моделей объединения взаимодействий появляется возможность единого описания всех четырех фундаментальных взаимодействий, включая и гравитационное. При этом в теории наряду с 4-векторными токами возникают спинорные токи (и спинорные З.). М. Ю. Хлопов.

физическая величина, являющаяся источником поля, посредством которого осуществляется взаимодействие частиц, обладающих этой характеристикой (электрический З., слабый З., цветовой З.). Зарядом называются также нек-рые физич. величины, сохраняющиеся (точно или приближенно) в процессах превращения частиц, обусловленных определенными типами взаимодействия (напр., барионное число, лептонное число, гиперзаряд, странность). При операции зарядового сопряжения все З. меняют свой знак (то есть частица и античастица обладают равными по величине, но противоположными по знаку З.). Законам сохранения З. отвечает инвариантность теории относительно глобальных калибровочных преобразований (то есть преобразований в пространстве внутренних симметрий). Для того чтобы сохраняющаяся величина выступала в качестве источника поля, теория должна быть инвариантной относительно локальных 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 З., осуществляемое посредством таких полей, должно быть, вообще говоря, дальнодействующим (если нет спонтанного нарушения симметрии, благодаря к-рому кванты полей могут приобретать массу). В электродинамике электрич. З. играет именно эту двоякую роль, являясь, с одной стороны, сохраняющейся величиной, а с другой - источником электромагнитного поля и его безмассовых квантов (фотонов). Барионному числу, странности и т. п. не соответствуют какие-либо дальнодействующие поля. Эти З. могут быть связаны только с глобальной калибровочной симметрией. Если в природе реализуется только строгая локальная калибровочная симметрия, то глобальная симметрия может быть приближенной и эти З. не должны быть строго сохраняющимися. В калибровочной теории поля З. являются генераторами группы внутренних симметрий в пространстве состояний. Однако не все они могут характеризовать состояние физич. системы, а только коммутирующая друг с другом часть. 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 $S U(n)$ существует $n^{2}-1$ различных типов калибровочных полей и З., из к-рых $n-1$ коммутируют друг с другом, то есть могут характеризовать состояние физич. системы. При этом кванты полей обладают З. и обязательно взаимодействуют между собой. Закон взаимодействия соответствующих полей однозначно задается условием калибровочной инвариантности. Если локальные калибровочные преобразования отвечают простой или полупростой группе Ли, напр. группе $S U(n)$, то взаимодействие всех З. характеризуется одной и той же константой взаимодействия. Примерами теорий с несколькими З. являются калибровочная теория электрослабого взаимодействия, основанная на группе $S U(2) \times U(1)$, и калибровочная теория сильного взаимодействия - квантовая хромодинамика, основанная на группе цветовой симметрии $S U(3)_{c}$. В теории электрослабого взаимодействия имеются две константы, связь между к-рыми характеризуется параметром теории $\sin ^{2} \theta_{w}$ (где $\theta_{w}-$ Вайнберга угол). В квантовой хромодинамике есть всего одна константа взаимодействия всех восьми цветовых З. (и квантов соответствующих цветовых полей - глюонов) $\alpha_{s}$. Величины констант из-за радиационных поправок, обусловленных поляризацией вакуума, слабо (логарифмически) зависят от квадрата передаваемого 4-импульса $\left|q^{2}\right|$, если $\left|q^{2}\right|$ достаточно велико, то есть расстояние между частицами достаточно мало. Эта зависимость определяется на основе ренормализационной группы. Константа квантовой хромодинамики уменьшается с ростом $\left|q^{2}\right|$ (то есть с расстояния между цветовыми З.), что отвечает асимптотич. свободе сильного взаимодействия, и растет с уменьшением $\left|q^{2}\right|$ (с увеличением расстояния). Ввиду гипотетич. явления удержания цвета объекты с цветовым З. в свободном состоянии не существуют. Экстраполяция тенденции изменения величин констант квантовой хромодинамики и электрослабого взаимодействия в область асимптотически больших переданных 4-импульсов $\left(\left|q^{2}\right|^{1 / 2} \sim 10^{15}\right.$ ГэВ/с) приводит к одинаковой величине всех трех констант. Это обстоятельство позволяет рассматривать сходство в описании взаимодействий электрослабого взаимодействия и квантовой хромодинамики как проявление единой фундаментальной калибровочной природы всех взаимодействий. Представление о такой единой природе реализуется в великого объединения моделях, рассматривающих З. электрослабого взаимодействия и квантовой хромодинамики в рамках единой группы калибровочных преобразований. Топологич. 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 З. и массой $\sim 10^{16}$ ГэВ/с - магнитных монополей. В рамках локальных суперсимметричных моделей объединения взаимодействий появляется возможность единого описания всех четырех фундаментальных взаимодействий, включая и гравитационное. При этом в теории наряду с 4-векторными токами возникают спинорные токи (и спинорные З.). М. Ю. Хлопов.