moris_levran (moris_levran) wrote,
moris_levran
moris_levran

Существует ли монополь Дирака?


П.А.М. Дирак писал: "У теоретической физики есть еще один верный путь развития. Природе присуща та фундаментальная особенность, что самые основные физические законы описываются математической теорией, аппарат которой обладает необыкновенной силой и красотой. Чтобы понять эту теорию, нужно обладать необычайно высокой математической квалификацией. Вы можете спросить: почему природа устроена именно так? На это можно ответить только одно: согласно нашим современным знаниям, природа устроена именно так, а не иначе".

В 1864 году Дж. Максвелл получил удивительные уравнения, объединившие все явления электричества, магнетизма и оптики. Замечательный немецкий физик, один из создателей статистической физики, Людвиг Больцман, сказал об уравнениях Максвелла: «Не Бог ли начертал эти письмена?»

Но внимательно рассматривая уравнения Максвелла нельзя не заметить явную асимметрию уравнений, описывающих электрические и магнитные явления. Электричество и магнетизм неравнозначно входят в уравнения. Второе уравнение на картинке обозначает то, что в природе не существует магнитных зарядов. Электрические поля создаются либо электрическими зарядами, либо изменяющимися магнитными полями, в то время как магнитные поля создаются только электрическим током и изменяющимися электрическими полями. Казалось бы – раздели магнит на половинки, и будет одиночный магнит. Однако, глубокий анализ говорит о том, что магнитное поле продуцируется циркулирующими внутри атома замкнутыми токами, и разрезая магнит мы получим два магнита с обоими полюсами. А есть ли элементарный магнитный заряд, элементарная частица, несущая единичный магнитный заряд? Максвелл задумывался об этой проблеме, но в то время физики знали больше об электрических явлениях, чем о магнитных, и, видимо, такое положение дел его устраивало. Намного острее эту проблему прочувствовал Кюри, который исследовал симметрии в физике. В 1894 году он опубликовал работу о роли симметрии в физике.

Ещё дальше пошёл английский физик-теоретик П.А.М. Дирак, благодаря теоретическим исследованиям которого на кончике пера был открыт, и затем обнаружен позитрон. Связав существование магнитных монополей с фазами квантовых волн, Дирак обнаружил весьма любопытную связь между электрическим и магнитным зарядами. Предположив, что магнитные монополи существуют, он связал волновую функцию с гипотетическими магнитными частицами, он открыл, что магнитный заряд должен быть кратен некоторой заданной величине, которая в свою очередь определяется фундаментальной величиной электрического заряда. 1931 год. Поль Дирак, предполагая существование магнитного монополя, пришел к выводу, что этого было бы достаточно для того, чтобы объяснять одну из больших тайн физики – значение заряда электрона. Или почему у всех электронов один и тот же заряд: 1.6 * 10^-19 кулон. Монополь имеет заряд в 137 раз больше, чем электрон. Чтобы объяснить ненаблюдаемость этой частицы, он приписывает ей огромную массу. Магнитный монополь стали называть монополем Дирака.

Дальнейшее продолжение этой идеи стало обнаружение, что для Теории Великого Объединения необходимо существование сверхтяжёлого магнитного монополя. Это показали в своих работах Хофт и советский физик Александр Поляков. Правда, свойства монополя Великого Объединения, МВО, должна быть порядка 10^16 масс протона. То есть, надеяться создать его искусственно на коллайдерах не могло быть и речи. Кроме того, он должен обладать сложной, слоённой структурой луковичного типа, состоящей из силовых зон.

Проводились поиски магнитных монополей, захваченных в магнитных рудах земного и внеземного (метеориты, Луна) происхождения. Треки от ММ существенно должны отличатся от треков ядер – последние представляют затухающий след, в то время, как монополи должны продемонстрировать трек равной ширины без затухания. Кроме того, ионизирующая сила ММ должна соответствовать тяжёлым ядрам.

Рон Росс и Луис Альварес исследуют образцы пород.
1975 Американская камера фиксирует трек монополя в космических лучах. Заявление будет отозвано несколькими годами позже.
14 февраля 1981 г. Блаз Кабрера из Станфордского университета зарегистрировал такой скачок магнитного потока. Наблюдение Кабреры вызвало в некотором роде сенсацию и приветствовалось экспериментаторами как первое убедительное свидетельство обнаружения магнитного монополя из космического пространства.

Однако дальнейшие попытки повторить результаты опыта не удалось. Больше монополь не регистрировался, что поставило под сомнение результат 1981 года.

Схема эксперимента по обнаружению магнитного монополя. Сверхпроводящая рамка соединена с регистратором тока. В ней циркулирует ток, который вследствии сверхпроводимости рамки не затухает по времени. Пролетевший тахион вследствие скачока магнитного потока усиливает ток в катушке, который из за квантвых свойств возрастает строго на дискретную величину.

Недавние эксперименты на Тэватроне показали, что монополи с массами менее 600 и 900 ГэВ не существуют. Новые эксперименты на андронном коллайдере тоже не обнаружили ММ. В 2015 году детектор Большого адронного коллайдера MoEDAL произвёл поиск магнитных монополей при энергии столкновений 13 ТэВ. Никаких следов магнитных монополей с массой вплоть до 6 ТэВ и магнитным зарядом вплоть до 5 дираковских единиц обнаружено не было, вопрос их существования остался открытым.

Для чего так важно разобраться с монополем Дирака? Его обнаружение подтвердило бы соответствующие космологические модели возникновения горячей Вселенной с образованием монополей. Отсутствие монополей было бы аргументом в пользу альтернативной инфляционной теории. Обнаружение монополей подтвердило бы симметрию законов Вселенной. Существование монополя Дирака объяснило дискретность электрического заряда, которое вытекает из теоретических разработок Дирака.

Интересная возможность могла бы представиться, если магнитные монополи МВО обнаружились бы на Земле. Дел в том, что при огромной массе при аннигиляции разных монополей (северного и южного) высвобождалась энергия, в 10^16 раз большая, чем при распаде ядра урана. Источник экологически чистой энергии. Кстати, некоторые физики считают, что монополи могут накапливаться в недрах Земли. И при обращении геомагнитного поля встречные потоки разных монополей могут аннигилировать, что может, вялятся дополнительным источником тепла.

Впрочем, что не раз уже было в истории, человечество обычно создаёт оружие чрезвычайно разрушительной силы из своих передовых открытий.






Tags: Гипотезы, Новые теории, Физика
Subscribe
promo moris_levran december 22, 2014 02:45 7
Buy for 10 tokens
Византийская принцесса Анна – Великая княгиня Киевской Руси. В. Васнецов. "Крещение князя Владимира". В 1988 году в Советском Союзе отмечалась знаменательная дата – 1000-летие Крещения Руси. Минуло 26 лет, и сейчас можно рассмотреть подробнее эти события, поскольку к религии советская власть…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments