Пути физики - Дирак П.А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Если вы собираетесь получать монополи с помощью аппаратуры, используемой
в физике высоких энергий, то вам придется искать их парами: один
положительный, другой - отрицательный. Монополи уже искали на
высокоэнергетических установках, но ни одного не нашли. Отрицательные
результаты поисков не доказывают, конечно, того, что монополи не
существуют: энергия покоя монополя вполне могла бы оказаться слишком
большой для того, чтобы пара монополей родилась на современных
установках. Для энергии покоя этой пары можно ожидать довольно большого
значения, потому что магнитный заряд монополя велик - он гораздо больше
заряда электрона. Поэтому нет ничего удивительного в том, что монополи ни
разу не были зарегистрированы на современных высокоэнергетических
установках.
Появилась надежда зарегистрировать монополи в космическом излучении.
Энергия космического излучения значительно превышает энергию, достижимую
сейчас в лаборатории. Могло оказаться, что монополи существуют в
космическом излучении, поэтому их начали там искать. Поиски продолжались
в течение нескольких десятилетий, и лишь недавно появились сообщения о
том, что один монополь найден.
Как монополь должен был бы проявиться в эксперименте? На этот вопрос
легче ответить, если известен тип ионизации,
48
которую производит монополь, проходящий через вещество с большой
скоростью. Сравним трек ионизирующего монополя с треком какой-нибудь
ионизирующей заряженной частицы. На рис. 1 изображена движущаяся
заряженная частица, окруженная некоторым количеством вещества. Рассмотрим
типичный атом А. Заряженная частица будет возмущать элек-
Рис. 1. Проходя через вещество, заряженная частица (в данном случае
частица с положительным зарядом) образует вдоль своего пути ионизационный
трек. Маленькие стрелки - электроны, выбитые из атома А пролетающей
(положительно) заряженной частицей
троны в атоме А и некоторые из них может вытолкнуть наружу, в результате
чего возникает ионизация. Электрическая сила, которая выталкивает
электроны, пропорциональна заряду частицы:
F ~ Ze, (24)
а время, в течение которого действует сила, обратно пропорционально ее
скорости;
t ~ v~l. (25)
Значит, импульс, который заряженная частица, двигаясь, передает одному из
электронов, прямо пропорционален заряду и обратно пропорционален скорости
частицы:
импульс s=Ft ~ Zev~*. (26)
Иными словами, чем быстрее движется частица, тем меньше должен быть
импульс. Он стремится к Zе/с, если частица движется со скоростью, близкой
к скорости света. По мере того, как частица теряет энергию и приближается
к концу своей траектории, степень ионизации возрастает, потому
что
значение v 'уменьшается. Трек ионизирующей частицы
утолщается по мере того, как частица продвигается к концу своего пути.
А что будет, если вместо заряженной частицы мимо атома пройдет монополь?
Напряженность электрического поля, создаваемого монополем,
пропорциональна его скорости. Это согласуется с хорошо известным фактом,
что напряженность магнитного поля, создаваемого движущимся зарядом,
пропорциональна скорости заряда. Поэтому в случае движущегося моно-
4 № 984
49
поля сила будет пропорциональна его скорости:
F ~ \iv. (27)
Тогда импульс, который монополь передаст одному из электронов (имеется в
виду один из электронов атома А вещества, рис.1), будет равен
произведению силы на время и, таким образом, окажется почти не зависящим
от скорости:
импульс ~ (х, (28)
т. е. пропорционален магнитному заряду |л монополя. Следовательно,
проходящий через вещество монополь образует трек, толщина которого почти
постоянна и не увеличивается к концу траектории. Этим трек монополя
отличается от трека обычной заряженной частицы.
Прайс с сотрудниками использовали изложенный метод в своем недавнем
эксперименте, в котором, по их мнению, был открыт монополь. Эксперимент
заключался в том, что измерительные приборы подняли на воздушном
шаре и в течение
нескольких дней выдерживали в верхних слоях атмосферы.
Затем их спустили вниз и проанализировали измерения. Главной частью
установки Прайса была стопка пластин, изготовленных из лексана (лексан
представляет собой одну из разновидностей прозрачных материалов).
Использовался целый набор таких, положенных друг на друга, пластин.
Проходя через пластины, любая ионизирующая частица как-то нарушала их
целостность. Для определения степени повреждения листы протравливали, а
затем исследовали протравленные треки, чтобы определить степень
ионизации. Полученные Прайсом результаты приведены на рис.2. Между
верхней лексановой пластинкой и всеми остальными имеется промежуток, в
который вставлены еще один прибор - черенковский счетчик •- и обычный
эмульсионный слой. Благодаря наблюдениям, сделанным с помощью этой
пластинки, авторы могли утверждать, что частица движется вниз (по вылету
6-электронов), а черенковский счетчик давал информацию о скорости
частицы. На рис. 2 показан промежуток между верхней лексановой пластинкой
