Елементарний електричний заряд - фундаментальна фізична постійна, мінімальна порція ( квант) електричного заряду. Дорівнює приблизно 1,602 176 565 (35) 10 -19 Кл [1] в Міжнародній системі одиниць (СІ) ( 4,806 529 695 (105) 10 -10 од. СГСЕ в системі СГС). Тісно пов'язаний з постійної тонкої структури, яка описує електромагнітне взаємодія [2].


1. Квантування електричного заряду

Будь спостерігається в експерименті електричний заряд завжди кратний елементарному - таке припущення було висловлено Б. Франкліном в 1752 і в подальшому неодноразово перевірялося експериментально. Вперше заряд був експериментально виміряно Міллікеном в 1910 [2].

Той факт, що електричний заряд зустрічається в природі лише у виді цілого числа елементарних зарядів, можна назвати квантуванням електричного заряду. При цьому в класичній електродинаміці питання про причини квантування заряду не обговорюється, оскільки заряд є зовнішнім параметром, а не динамічної змінної. Задовільного пояснення, чому заряд зобов'язаний квантованного, поки не знайдено, проте вже отримано ряд цікавих спостережень.

  • Якщо в природі існує магнітний монополь, то, згідно квантовій механіці, його магнітний заряд зобов'язаний знаходитися в певному співвідношенні із зарядом будь-якої вибраної елементарної частинки. Звідси автоматично випливає, що одне тільки існування магнітного монополя тягне за собою квантування заряду. Однак виявити в природі магнітний монополь поки не вдалося.
  • У сучасній фізиці елементарних частинок розробляються моделі на зразок преонной, в яких всі відомі фундаментальні частинки виявлялися б простими комбінаціями нових, ще більш фундаментальних частинок. У цьому випадку квантування заряду спостережуваних частинок не представляється дивним, оскільки воно виникає "з побудови".
  • Не виключено також, що всі параметри наблюдающихся частинок будуть описані в рамках єдиної теорії поля, підходи до якої розробляються в даний час. В таких теоріях величина електричного заряду частинок повинна обчислюватися з украй невеликого числа фундаментальних параметрів, можливо, пов'язаних зі структурою простору-часу на надмалих відстанях. Якщо така теорія буде побудована, тоді те, що ми спостерігаємо як елементарний електричний заряд, виявиться деяким дискретним інваріантом простору-часу. Однак, конкретних загальноприйнятих результатів в цьому напрямі поки не отримано.

2. Дробовий електричний заряд

З відкриттям кварків стало зрозуміло, що елементарні частинки можуть володіти дробовим електричним зарядом, наприклад, 1/3 і 2/3 елементарного. Однак подібні частинки існують тільки в пов'язаних станах ( конфайнмент), таким чином, всі відомі вільні частинки мають електричний заряд, кратний елементарному, хоча розсіювання на частинках з дробовим зарядом спостерігалося.

Неодноразові пошуки вільних об'єктів з дробовим електричним зарядом, проведені різними методиками протягом тривалого часу, не дали результату.

Варто, однак, відзначити, що електричний заряд квазічастинок може бути не кратний цілому. Зокрема, саме квазічастинки з дробовим електричним зарядом відповідають за дробовий квантовий ефект Холла.


Примітки

  1. CODATA: Fundamental Physical Constants - Complete Listing - physics.nist.gov / cuu / Constants / Table / allascii.txt
  2. 1 2 Томілін К. А. Фундаментальні фізичні постійні в історичному і методологічному аспектах. - М .: Физматлит, 2006. - С. 96-105. - 368 с. - 400 екз. - ISBN 5-9221-0728-3