Приключение великих уравнений - Владимир Карцев

Однако и одно и другое продолжают благополучно существовать. Стало быть, позитронов не бывает?

Такая или примерно такая точка зрения существовала до того момента, когда американский физик К. Д. Андерсон в 1932 году заметил в камере Вильсона след частицы, по всем данным идентичной электрону, однако отклоняющейся в магнитном поле в "неправильную" сторону.

Это был предсказанный Дираком позитрон.

Многие физики были раздосадованы - не один видел уже такие следы у себя, в камере Вильсона, но не смог по той или иной причине отождествить частицу, оставившую его, с позитроном. В числе таких, к сожалению, оказался и известный советский физик Д. В. Скобельцын, первым применивший к исследованию космических лучей камеру Вильсона, помещенную в магнитное поле. Именно метод Скобельцына использовал Андерсон, когда открыл позитрон.

После такого триумфа предсказаний Дирака доверие к его монополям резко возросло. Исследователи ринулись на поиски новых частиц. Раз монополи не противоречат ни классической, ни квантовой электродинамике, раз уж они предсказаны, раз они могут существовать, значит, они существовать должны.

Но где? И как?

И вообще, что известно о монополе?

Что искать?

Как ни странно, Дирак из самых общих соображений смог предсказать и основные свойства монополя. Прежде всего, оказалось, что заряд монополя не может принимать любое значение - он должен быть квантованным, точно так же, как и электрический заряд.

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 - точно так же, как и число электрически заряженных частиц. Другими словами, мир магнитных частиц должен быть не менее разнообразен, чем мир электрически заряженных частиц.

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.

Находка монополей будет грандиозным событием в физике, сравнимым, может быть, с открытием радиоактивности или электрона.

Ну, а если монополей нет и они не будут найдены? Ведь вполне возможно, что поиски "монопольной" красоты не имеют под собой почвы и сама вожделенная симметрия уравнений Максвелла иллюзорна.