Приключение великих уравнений
Шрифт:
Величина этого заряда оказалась опять-таки связанной с "магическим числом" 137 (в квантовой физике есть два "магических числа" - 137 и 208; их происхождения и физического смысла никто не знает, но числа с поразительным упорством, снова и снова всплывают в уравнениях и расчетах). Если заряд электрона равен , то заряд монополя должен быть равен .
Отсюда можно вычислить и силу взаимодействия между двумя магнитными зарядами - она в раза больше, чем сила взаимодействия электронов.
Можно вычислить и массу монополя - он довольно тяжел - по крайней мере в три раза тяжелее протона, причем число "сортов" монололей может быть очень велико -
Как могут создаться монополи? Логично предположить, что они образуются примерно так же, как пара электрон - позитрон, например, в результате сильных столкновений между другими частицами21. Таким образом, монополи могут быть найдены в продуктах взаимодействия разгоняемых в ускорителях частиц. Как их выделить? Очевидно, рядом с камерой, регистрирующей взаимодействия, нужно поставить очень мощный магнит, который смог бы "вытянуть" монополи из области взаимодействия. По расчетам, поле магнита должно быть около 60 тысяч гаусс, примерно в 120 тысяч раз больше магнитного поля Земли.
В 1962 году эксперимент по обнаружению монополей был проведен в Брукхейвене, США, где был построен самый крупный тогда в мире ускоритель на 30 Бэв (30 миллиардов электрон-вольт!), на выходе которого был установлен мощный магнит с полем, превышающим 60 тысяч эрстед.
Шесть миллионов миллиардов протонов было послано в мишень. Ни одного монополя. Хотя теоретически должны были бы быть по крайней мере те, масса которых не превышает трех протонных.
Или - их нет вовсе.
Или - их масса больше. Последние данные - монополь не легче десяти протонов.
С пуском в СССР крупнейшего в мире синхротрона на 70 Бэв надежды найти монополи в продуктах реакций ускоренных частиц резко возросли. Создаются и очень мощные магниты, много мощнее тех, что были уже использованы в Брукхейвене. В физическом институте Академии наук СССР (ФИАН им. П. Н. Лебедева) под руководством академика Прохорова пущен магнит на 200 тысяч эрстед.
А красноярские физики замахнулись построить магнит с полем миллион эрстед. Невообразимая цифра! Этот магнит будет потреблять более половины электроэнергии, которую намечалось иметь во всей Советской России после выполнения плана ГОЭЛРО.
Итак, построены сверхмощные ускорители. Построены и строятся сверхмощные магниты. Что ж, будем ждать вестей об открытии (или "закрытии") монополей.
А пока их ищут в космосе научные космические спутники-лаборатории. Дело в том, что среди космических частиц встречаются частицы со столь грандиозной энергией, что получить ее на Земле в ускорителях физики не предполагают даже в самых голубых своих планах.
Интересный способ поимки монополей придумал японский физик Гото. Он утверждает, что наиболее легко извлечь их из... метеоритов.
Метеориты пролетают миллионы километров в космосе. Метеориты бомбардируются там космическими лучами. В метеоритах могут образоваться монополи. Раз разъединенные, они уже не могут аннигилировать. Поэтому монополи в метеоритах будут сохраняться практически вечно.
Одна из богатейших коллекций метеоритов собрана в Гарварде. Метеориты под страшные клятвы брались и уносились оттуда искателями монополей и подвергались действию магнита в 100 тысяч эрстед... И с грустью относились обратно... Монополей в метеоритах никто не отыскал.
Не сопутствовала удача и советским искателям монополей - профессору В. А. Петухову и М. Н. Якименко. В качестве объекта исследований они взяли железный сихотэалинский метеорит, который облучался космическими лучами не менее полумиллиарда лет. Для того чтобы извлечь монополи, вещество метеорита нужно было перевести в газообразное состояние. Это осуществлялось путем хлорирования железа и испарением получившихся хлоридов. Взвешенные в атмосфере разряженного диамагнитного газа монополи, сталкиваясь с молекулами газа, освобождались бы от "налипших" на них молекул и под действием мощного магнита должны были бы направляться к специальному сцинтилляционному счетчику.
Ни одного монополя в процессе экспериментов зарегистрировано не было.
Не обнаружили ни одного монополя и исследователи, пытавшиеся "вытянуть" их с помощью мощного магнита из горных магнетитовых пород, выходящих на поверхность Земли.
Ни одного монополя не обнаружили и энтузиасты, пытавшиеся "выудить" их из вековой донной грязи океанов.
Что это? Почему столько неудач? Неужели уже система?
А может быть, ищут не то? Или не там? Или, наконец, не так?
Споры вокруг монополей - частиц, которые сделали бы уравнения Максвелла полностью симметричными, не утихают. В этом можно было легко убедиться, попав на какой-нибудь час в огнедышащую атмосферу дискуссий на семинаре по монополям в МГУ.
Научный сотрудник из Иванова Ю. С. Мавричев, исписав уравнениями не одну доску, пытался доказать, что поиски монополей в системах статических, например в метеоритах, занятие малоперспективное: там монополей быть не может. Физики из ФИАНа и МГУ Ю. Д. Усачев и А. Б. Куканов возражали ему. Общее впечатление, которое можно было вынести из всех обсуждений, - то, что физики уже ставят под сомнение сами соотношения Дирака, приведшие к гипотетическим монополям.
Вполне может оказаться, что "железный рыцарь" теоретической физики Дирак ошибался и его соотношение неверно. Именно таким было направление удара молодых теоретиков. А если Дирак ошибался, то монополи, если они существуют, вовсе не должны иметь заряд, именно в 68,5 раза больший электрического. Они могут иметь заряд, например, равный электрическому. А таких монополей никто никогда не искал. Здесь перед исследователями открывается новая целина, которую нужно долго и тщательно обрабатывать с тем, чтобы, как выразился один теоретик, "в который раз убедиться, что и это допущение не приводит к цели".
Может возникнуть вопрос: а зачем все это?
Не слишком ли дорогую цену платят энтузиасты за то, чтобы найти наконец "монопольную" красоту полностью симметричных уравнений Максвелла?
Разумеется, нет. Уравнения Максвелла лежат в основе современной физики, и любое изменение в них, естественно, повлечет за собой переворот в нашем представлении о мире. А это гораздо важнее даже, чем та практическая польза, которую могло бы принести открытие монополей. Но и о ней, практической пользе, не стоит забывать. Подсчитано, что ускоритель, "стреляющий" монополями, а не электрически заряженными частицами, был бы при той же энергии ускоряемых частиц в тысячи раз дешевле аналогичных машин сегодняшнего дня. Это происходит потому, что заряд монополя (как пока считают) очень велик, и его ускорение в магнитном поле происходило бы быстро и очень эффективно. Таким образом, монополи, если бы их открыли, помимо всего прочего, сразу же смогли бы сэкономить нам и многие миллионы рублей.