Читать онлайн «Тунгусское сияние». Страница 41

Впрочем, нельзя исключить и того, что такие гипотетические "магнитные миры" встроены в наш привычный "электрический" мир.

В отличие от мира из античастиц (антимира), соприкосновение которого с нашим миром немедленно приведет к аннигиляции [лат. nihil - ничто, аннигиляция - превращение материи в излучение], "магнитные" миры могут находиться

по соседству с нами, а мы этого можем не замечать - ведь "магнитные" атомы будут излучать тот же свет, те же фотоны, что и наши привычные "электрические" атомы. Наблюдая, например, "магнитную" звезду в телескоп, мы не сможем догадаться, что это "магнитная" звезда. И будем только удивляться необычному спектру ее излучения.

Существуют ли магнитные миры, мы сегодня не знаем и поэтому о них больше говорить не будем. Пока никто не знает даже, чему равно натуральное число п, входящее в формулы для величин зарядов - увы, магнитные монополи до сих пор не обнаружены. Хотя затраченные на их поиски усилия нескольких поколений физиков были огромными - проблема то захватывающая!

Многие физики ищут магнитные монополи и сейчас. Поэтому сразу отметим причины, по которым они их скорее всего не найдут.

Почему неуловимы магнитные монополи? Классические магнитные монополи Дирака - будем их для краткости называть d- монополями - это почти "точечные" частицы с магнитным зарядом. Как показали современные расчеты, такие "магнитные точки" должны быть очень тяжелыми. У монополей типа "стандартного" тяжелого магнитного монополя Полякова т'Хоофта - назовем их pt- монополями - масса в 10^ раз превышает массу протона! Это уже масса крупной живой клетки (такой, например, как клетки дрожжевых грибов или красных кровяных телец человека).

Магнитные монополи - "прочные", стабильные частицы. Поэтому в ранней "горячей" Вселенной магнитные монополи не только существовали в огромных количествах, но и постоянно в ней образовывались, рождались. Сейчас же наша Вселенная "остыла" - в результате грандиозного расширения ее средняя температура опустилась до 3 К. И магнитные монополи могут рождаться только в отдельных "горячих" точках например, вблизи черных дыр. А монополи - старожилы Вселенной (их называют реликтовыми) "рассредоточились" по безграничным просторам Вселенной. Сегодня известно, что такие частицы в природе могут быть крайне редкими (это следствие так называемых инфляционных моделей

раздувающейся Вселенной). Скажем, на Земле или во всей солнечной системе может находиться только один d-монополь. Попробуйте его найти!

Кроме того, тяжелые d-монополи должны быть тщательно "спрятанными" в недрах небесных тел - внутри планет или звезд. Сюда они неизбежно "упадут" после ионизационного торможения в межзвездной среде.

Но даже если d-монополи могут выскакивать из своей "гравитационной тюрьмы" (такую возможность ниже мы разбираем), они не могут быть зарегистрированы обычными ионизационными детекторами. А именно с помощью таковых их сегодня преимущественно ищут! К сожалению (для тех, кто так именно ищет) нерелятивистские d-монополи не ионизируют обычное вещество.

"Ловцы" же медленных монополей (с помощью сверхпроводящих индукционных детекторов) сегодня располагают ничтожной для поиска монополей суммарной (всемирной) чувствительной площадью - около 10 квадратных метров. Легко видеть, что при возможном потоке d-монополей порядка 10 штук на квадратном километре в год (эта цифра обоснована в опубликованных работах автора) "на отлов" одного d- монополя потребуется не менее 10 тысяч лет!

Некоторые "охотники" за монополями с помощью ионизационных или черенковских детекторов расчитывают их увидеть по излучению порождаемых d-монополями частиц высоких энергий. Такое, в принципе, возможно: когда монополь разрушает, например, протон на позитрон и нейтральный пион (процесс Рубакова-Кэллона), образуются ионизирующие частицы с суммарной энергией около 1 ГэВ.

Но, увы, монополи просто обязаны обрастать оболочками из заряженных частиц (см. ниже). Такого рода образования называют монопольными атомами и молекулами. Стационарная оболочка из протонов или даже атомных ядер вокруг d- монополя препятствует попаданию тех же протонов в зону действия процесса Рубакова-Кэллона (в зону активности лептокварков). Ничего с этим не поделаешь - действует электростатическое отталкивание одноименно заряженных частиц (кулоновский барьер).

Ситуация столь безрадостна? Нет. Просто нужно искать другие "неточечные", недираковские монополи. Их можно (и нужно) обнаружить по удивительным свойствам, к которым мы перейдем ниже.

А тем, кто заинтересовался дираковскими магнитными монополями, рекомендуем научную книгу (увы, на английском языке): "Theory and detection of magnetic monopoles in gauge theories". Edit. N.Craigie, 1986. World Scientific Publ.Co. Singapore (автор в свое время с удовольствием читал ее в Российской государственной библиотеке - в бывшей "ленинке"). Монополь - "магнитная звезда". Любой ненулевой магнитный заряд - источник целого числа квантов магнитного потока. Например, магнитный монополь Дирака - источник 2п квантов магнитного потока Ф (где п = 1,2,3,...), а "обобщенный" заряд е* - п квантов Ф*. JTO сразу же следует из теоремы Остроградского - Гаусса для магнитных зарядов. Но можно обойтись и без использовании интегралов:

Поместим, например, монополь Дирака в центре сферы с радиусом г.

Площадь сферы S = 4лг^ на поверхности сферы S напряженность магнитного поля Н = Сд/г^ = Фд/2т-2. Следовательно, магнитный поток монополя Ф = HS = Фд2п, что и требовалось определить.

Значит, при п = Id- монополь - источник двух квантов магнитного потока - из него "исходят" (или в него "входят") две силовых линии магнитного поля, два флюксоида.

При п = 2 d- монополь похож на "звездочку" из четырех силовых линий ("крест"), а при п = 3 это "шестилучевая звездочка" с лучами флюксоидами. И так далее.

Естественно, что при наличии системы магнитных монополей мы получим ветвящуюся магнитную цепь флюксоидов.

Флюксы - продукт "материализации" флюксоидов

Необходимость появления материи из флюксов. Проделаем мысленный эксперимент: будем "бросать" на монополь Дирака электрически заряженные частицы с

вым магнитным дипольным моментом (это частицы с ненулевым спином, например, электроны и кварки).

Такие частицы - магнитики будут и сами притягиваться к монополю из-за магнитного взаимодействия с ним (так притягиваются железные опилки к магниту). Кроме того, "притянутые" монополем частицы могут вращаться под действием силы Лоренца, охватывая своей траекторией, как мы знаем, целое число квантов магнитного потока. В результате флюксоиды окажутся окруженными вращающимися облаками заряженных частиц.

Легко видеть, что эти облака заряженных частиц сосредоточатся вдоль флюксоидов и сформируют около них длинные цилиндрические вихри.

Действительно, каждый элементарный вихрь из одной частицы - "лепесток с током", притягивается своим магнитным полем к флюксоиду. Если к одному флюксоиду притянутся два или больше "лепестков", то они не смогут "сесть" на флюксоид так, чтобы разделить между собой его магнитный поток - он же квантован, то есть неделим! Следовательно, они "сядут" на флюксоид только последовательно - друг за другом, как шашлык на шампур.

Кроме того, "лепесткам" энергетически невыгодно поворачиваться друг к другу своими одноименными магнитными полюсами - они, как известно, отталкивают друг друга. "Лепесткам" энергетически выгодно расположиться цепочкой вдоль флюксоида, формируя длинный вихревой электромагнит-соленоид.

Процесс образования соленоидальных вихрей заряженных частиц около магнитных монополей, который мы рассмотрели, повидимому, происходил в ранней "горячей" Вселенной: в ней было предостаточно и монополей, и частиц! Поэтому флюксоиды неизбежно "материализовывались". Нарождающиеся магнитные монополи сразу же обрастали вихревыми соленоидами - флюксами. А вся Вселенная, расширяясь, структурировалась - заполнялась не просто беспорядочно движущимися нарождающимися частицами, а частицами упорядоченными: вдоль флюксоидов вращались вихри частиц, а сами "волокна" флюксов, соединяя магнитные монополи

ных знаков (северные и южные магнитные полюса), создавали сложнейшие узоры разветвленных магнитных цепей - флюксовый каркас Вселенной, ее космоскелет. Здесь явно просматривается аналогия с нитяным каркасом живой клетки - с ее цитоскелетом, иначе - с клеточным матриксом.

Рассмотрим подробнее процесс "материализации" флюксоидов.

Формирование облаков частиц. Покажем, что для реализации квантованности собственного магнитного потока внутри вращающегося облака электрически заряженных частиц необходимо много - сотни частиц.

Известно, что магнитное поле Н в центре кругового витка с радиусом R и с током i можно найти по формуле Н = 27ci/cR. Отсюда получим оценку магнитного потока через виток Ф " icR^(27ci/cR).

Если ток i создается вращающейся по этой окружности со скоростью v частицей с зарядом е*, то i = ve'/lnR, а Ф " 7tR2(2iive*/2iccR2) = nveVc.