Обобщение магнитен монопол

Обобщение на тема:

    въведение
  • 1 История
  • Симетрията на Максуел уравнения 2
  • 3 Дирак еднополюсен
  • 4 Модел 'T Hooft - Поляков
  • 5 Основни физични свойства
    • 5.1 Зареждане на магнитното еднополюсният
    • 5.2 Постоянна връзка еднополюсен
    • 5.3 Тегло монопол
      • 5.3.1 по-ниска оценка на масата на монопола
  • 6 Опитите да се намерят еднополюсен
    • 6.1 Magnetic "квази-монопол"
    бележки
    литература

Магнитна монопол - хипотетична елементарна частица имаща различен от нула магнитен заряд - точков източник на радиален магнитно поле. Магнитна такса определя интензитета на магнитното поле по абсолютно същия начин, както и електрическия заряд определя интензитета на електричното поле.

Магнитна монопол може да бъде представен като отделен взето дълъг прът и малък постоянен магнит. Въпреки това, конвенционалната магнитът винаги два полюса, това означава, че е дипол. Ако магнита се реже на две части, всяка част ще продължи да бъде на двата полюса. Всички известни елементарни частици с електромагнитно поле са магнитни диполи.

1. История

Със създаването на физиката като наука въз основа на опита, той потвърди, че електрическите и магнитните свойства на телата са значително по-различни. Тази гледна точка е ясно изразен от Уилям Гилбърт през 1600. Шарл Кулон установена самоличността на законите на привличането и отблъскването на електрически заряди и магнитни заряди - магнитни полюси, отново повдигна въпроса за приликата на електрическите и магнитните сили, но до края на XVIII век беше установено, че в лабораторни условия е невъзможно да се създаде орган, с различна от нула общо магнитен заряд. Концепцията за "магнитно заредени вещество" отдавна са изгонени от физиката след работа Ампер през 1820 г., където е доказано, че веригата с електрическия ток създава същия магнитното поле като магнитен дипол.

През 1894 Пер Кюри е посочено в кратка бележка, че въвеждането на магнитни заряди в уравнението на Максуел се произвежда по естествен път и само ги прави по-симетричен.

2. симетрията на уравненията на Максуел

Формулиран Максуел уравнения класическата електродинамика свързани електрически и магнитни полета с движението на заредени частици. Тези уравнения са почти симетрични по отношение на електричеството и магнетизма. Те може да се направи напълно симетричен, ако в допълнение към електрически заряд и ток, за да се въведе магнитен заряд и магнитен ток ρm:

Без магнитни монополи

В това уравнение модифициран от дясната колона премине в класически уравнения чрез заместване ρm = 0, т.е. ако не магнитни такси в даден регион на пространството. По този начин е възможно да се създаде система от уравнения на Максуел с наличието на магнитен заряд, класически уравнението просто отразява факта, че магнитните такси обикновено не се наблюдават.

Ако съществуват магнитни заряди, съществуването на магнитни течения да доведе до значителни корекции на уравненията на Максуел, които могат да се наблюдават в микроскопичен мащаб.

В новата форма на уравненията на Максуел имат затруднения при използването на математическото описание на потенциала на вектор. В присъствието на магнитни и електрически заряди, и електромагнитното поле може да се опише с помощта на потенциала за вектор, непрекъснато през пространството. Следователно, присъствието на магнитни такси на заредени уравнението на частиците на движение се извежда от вариационен принципа на поне действие. В класическата електродинамика, това не води до основните трудности (макар че го прави теорията по-малко красива), но не е възможно да се формулира динамиката на квантовата извън Хамилтонов или Лагранж формализма.

3. Дирак монопол

Pol Dirak създадена квантова теория на електрически взаимодействия зареждане например с магнитен заряд. който е приложим при условие че: където п - цяло число. Така таксата за магнитни частици трябва да е кратен на елементарния магнитен заряд, където е - елементарен електрически заряд.

За отбелязване е вярно обратното: съществуването на магнитен заряд не противоречи на стандартните квантовата механика, само в случай, че електрическите заряди на частиците се квантуват. (По този начин, наличието в природата поне един магнитен еднополюсен с определена такса обяснява експериментално наблюдавана стойност на множеството електрически заряди д частици, където магнитен заряд също непременно квантувани).

Условия Дирак квантоване е генерализирано на взаимодействието на две частици, всяка от които има и електрически и магнитни заряд (такива частици са посочени дион)

(В системата на единици използва д и г имат същите размери, с фиксирана съотношението на зареждане д.)

В не-релативистично сближаване, силата, действаща върху дион 1 с координати г и скорост V от дион 2, определен в основата, е равна на

Имайте предвид, че в тази формула изпълнява двойна инвариант такса при трансформация.

4. Модел 'T Hooft - Поляков

През 1974 г., A. М. Поляков и Gerard "т Hooft (G." т Hooft) намерено [1] самостоятелно. че наличието на магнитен монопол е не само възможно, но и необходимо в полева теория на определен клас. В модели на голямата обединение, предвид на симетрия по отношение на преобразуването фаза на функциите на вълната на заредени частици като компонент на по-голям симетрия не-Abelian габарит, електромагнитното поле, свързано с заредените мултиплет X калибриране полета с големи маси (маси от тези случи в спонтанно счупване на симетрия). За някои калибър симетрия групи съществуват стабилни конфигурация X. локализирани полета в размер, и тази област е създаването на сферично симетричен магнитно поле. Наличието на такива конфигурации зависи от топологични свойства на групата за калибриране, по-точно, от начина, по който е вграден в подгрупа на симетрия запазена след спонтанно счупване. Стабилността на тези магнитни монополи се определя от поведението на определена област на големи разстояния от центъра. Масовият магнитен монопола Мм може да се изчисли, че зависи от конкретната област модел, но в никакъв случай не трябва да бъде голям, (приблизително в продължение на модели широки клас). Тези магнитни монополи могат да бъдат произведени в гореща свят малко след големия взрив при прехода фаза, свързана с спонтанно симетрия счупване и появата на ненулеви хомогенни скаларно поле във вакуум. Количеството произведена на магнитни монополи определят от процеса на вселената на ранен етап, така че отсъствието им сега е възможно да се съди за процеса. Едно от обясненията за това, че реликвата магнитни монополите са открити, дадени теорията за инфлационната вселена (инфлация). Магнитни монополите "т Хофт - Поляков има някои необичайни свойства, които те биха били лесно да се открие. По-специално, взаимодействието с магнитно еднополюсният може да стимулира разпадане нуклон прогнозира някои модели на Гранд обединение [2]. тоест, да действа като катализатор на това разпадане.

5. Основни физични свойства

5.1. Магнитната такса монопол

Размерът на таксата за магнитен монопол съвпада с тази на електрическия заряд в системата CGS:

където с - скоростта на светлината във вакуум, - постоянно и д Планк - начално зареждане.

В SI измерение на магнитните и електрическите заряди са различни:

където H - константата на Планк.

5.2. Постоянна връзка еднополюсен

Известно е, че електрически заряди са достатъчно малки константа на свързване (т.е.. Н. Fine структура константа). Системата GHS, тя има следното значение:

В системата SI, ние имаме по-сложно израз:

където εE - диелектрична константа.

По същия начин, можете да въведете и магнитен съединител, постоянен за GHS:

За SI имаме израза:

където μE - магнитна постоянен вакуум. Трябва да се отбележи, че магнитната константа е много по-голямо от единица, и така използването на perturbative методи в квантовата електродинамика не предоставя възможности за магнитните такси.

5.3. Масата на монопола

теория на Дирак предсказва "маса магнитен монопол". Ето защо, в момента не съществува консенсус относно оценката на маса еднополюсен (експеримент се отнася само до долната граница). Там също може да се отбележи, че стойността на масата на електрони е чисто експериментален факт и не се очаква от съществуващите теории.

5.3.1. Долната оценка на масата на монопола

Долна граница за масата на еднополюсният може да бъде оценена от класическата електрон радиус (системата SI):

където λ0 - на Compton дължина на вълната на електрона, m0 - маса на електрона

По същия начин е възможно да въведете стойност за класическия радиуса на магнитното еднополюсният (системата SI):

където MD - масата на монопола. По този начин, което се равнява на класическия радиуса, можете да получите по-ниска оценка на масата на монопола:

6. Опитите да се намерят еднополюсен

Многократните опити за откриване на магнитно монопол пилота се провалили. Особено интензивни търсения магнитен монопол пространство произход се извършва от началото на 80-те години на XX век. Експериментите могат да бъдат разделени в няколко групи.

6.1. Magnetic "квази-монопол"

В някои системи в кондензираната материя може да съществува структури, наподобяващи магнитен еднополюсен - магнитна тръба поток (поток тръби). магнитна тръба завършва образуват магнитен дипол, но тъй като тяхното движение е независимо, в много случаи те могат приблизително да се разглежда като независими квазичастици монополи.

Въпреки това, тези явления не са свързани [9] и, според доклад на Physics World [10]. Магнитни монополи, открити в "спин лед", своите корени са различни от основното монопола предсказано от теорията на Дирак.

Установена "еднополюсен" са квазичастици (линиите на магнитното поле, принадлежащи към една от тези квазичастици остават затворени, минаваща през тънък "линия" се свързва две такива квазичастици, всеки от които в този смисъл е изолиран магнитен заряд) вместо на елементарните частици, обаче, този отвор е не правят революция в физика на елементарните частици. Независимо от това, "квази-монопол" са интересни сами по себе си, и са обект на интензивни изследвания. Теоретично, като образование може да съществува не само в леда на въртене, но и в Bose - Айнщайн кондензати.

бележки

литература