Чтение онлайн

"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.

В то же время мы знаем, что Ф* = lthc/e*. Следовательно, для того, чтобы отношение Ф/Ф* было близким к единице, нужно, чтобы таким же было отношение (7cve*/c)/(7lhc/e*) = (v/c)(e"^/hc). Но v/c всегда меньше единицы, а отношение (e*^/hc), например, для электронов и кварков - основных частиц, с которыми мы будем далее иметь дело менее 1/100 (при е* = е это отношение равно постоянной тонкой структуры - 1/137). Значит, для реализации кванта магнитного потока в кольце любого радиуса необходимо одинаковое (одностороннее) вихревое движение сотен частиц (около ста частиц - если у них е* = ей v/c = 1).

Здесь необходимо разъяснить принципиальный вопрос: почему частицы могут накапливаться в одном состоянии? Известно, что, например, кварки и электроны имеют полуцелый спин, то есть они являются фермионами (у фермионов спин в единицах h равен 1/2, 3/2, 5/2 и так далее). А фермионы не могут находиться в одинаковом состоянии (запрет Паули).

Оказывается, что объединяясь в пары, два фермиона превращаются в бозон - в частицу с целым спином (такие пары электронов в твердых телах называют куперовскими парами).

А бозоны, в отличие от фермионов, стремятся находиться именно в одном состоянии, причем - с минимальной энергией (спин бозонов в единицах h равен 0,1,2 и так далее).

Напомним, что системы из вращающихся около монополя протонов или атомных ядер называют монопольными атомами. А если вращаются и электроны - монопольными молекулами.

Итак, магнитный монополь притягивает к себе электрически заряженные частицы с ненулевым спином. Избыточная энергия - ее называют энергией связи - "вылетит" из системы в виде "лишних" частиц или электромагнитного излучения. И монополь окажется "заключенным" в центре вихрей - соленоидов, обращенных к нему своими полюсами, разноименными с зарядом самого монополя. А противопололжные магнитные полюса соленоидов будут играть роль двух одноименных магнитных зарядов - квазимонополей [quasi лат.
– как будто]. Монополь с "надетыми" на него соленоидальными вихрями будет магнитно неприметен - экранирован, а его магнитный заряд как бы разделится между квазимонополями.