Почему протон и электрон имеют прямо противоположный электрический заряд

Есть ли объяснение, почему протон и электрон имеют одинаковый абсолютный электрический заряд, а масса протона приблизительно равна. в 1830 раз больше массы электрона?

ОТВЕТ

Да, объяснение есть, и очень тонкое. Протон представляет собой связанное состояние трех кварков, и его электрический заряд равен сумме зарядов этих кварков. Электрические заряды частиц в теории электрослабых взаимодействий не определяются постулатами теории. 

Они возникают из значений постулированных слабых зарядов и так называемых гиперзарядов. Соотношения слабых зарядов определены однозначно, но гиперзаряды на первый взгляд кажутся произвольными, что означало бы также произвольное отношение заряда протона к заряду электрона.

На уровне квантовой теории поля, однако, оказывается, что соотношения гиперзарядов различных частиц не являются произвольными. Построение теории основано на симметрии относительно так называемых гильдейских преобразований, которые корреляционно изменяют значения полей в разных точках пространства-времени. Эта симметрия будет сохраняться на уровне классической теории поля для совершенно произвольных гиперзарядов. 

Однако математическая последовательность теории требует сохранения этой симметрии и на квантовом уровне, т.е. отсутствия так называемых аномалий. Условия отсутствия аномалий сводятся к системе уравнений (в основном линейных) для гиперзарядов. Решая эти уравнения, мы обнаруживаем, что отношения гиперзарядов определяются однозначно. Из этого можно сделать выводы об электрических зарядах, и оказывается, что электрический заряд каждого кварка должен быть равен ровно -1/3 заряда электрона. Поэтому заряды электрона и протона должны быть абсолютно равны по модулю.

Приведенные выше рассуждения проводятся в предположении, что состав полей и их преобразования относительно симметрии особенностей такой же, как и в Стандартной модели, только с уточнением вопроса о возможном изменении значений гиперзарядов. 

Если мы добавим к Стандартной модели несколько новых полей (описывающих еще не открытые частицы), то условие отсутствия аномалий может оказаться недостаточным для однозначного определения соотношений гиперзарядов. 

Однако возможны и другие аргументы, основанные на так называемой теории великого объединения, если только она реализуется в Природе. В этой теории все симметрии свойств объединяются в одну симметрию, и оказывается, что протон имеет конечное время жизни, однако гораздо большее, чем современный возраст Вселенной.