Загадки микромира

В США в горах Адирондака, где есть выходы на поверхность магнетитовых пород, прямо на скалах установили мощный импульсный соленоид. Магнитное поле в центре соленоида и на поверхности скалы составляло 60 килогаусс. В верхней части соленоида располагались слои фотоэмульсии, на которых обязательно должен был «расписаться» каждый монополь, вытянутый из породы и ускоренный в соленоиде. Но когда эмульсия была проявлена, оказалось, что она не содержит ни одного желанного «автографа».

Пробовали «отсасывать» монополи из железных метеоритов, которые в течение сотен миллионов лет блуждали в просторах космоса. Искали в образцах магнитных минералов, добытых со дна океана: быстрые монополи, рождающиеся при столкновении космических частиц с энергией до 10²⁰ электрон-вольт с веществом атмосферы, могли накапливаться здесь в течение миллионов лет. Но поиски были безуспешны.

Пытались ученые найти следы быстрых космических монополей в слюде и в вулканическом стекле. Но следов таких частиц обнаружить не удалось.

Несколько лет назад, когда участники экспедиции «Аполлон-11» впервые доставили на Землю лунный грунт, профессор Альварец из Калифорнийского университета поставил оригинальный опыт. Он решил поискать монополи в образцах лунной породы. Возраст Луны достаточно солидный (3–4 миллиарда лет), поверхность ее изменялась незначительно, и там могло накопиться достаточно много космических монополей.

Драгоценную породу на медленно движущейся ленте много раз протаскивали через электрический контур из сверхпроводящего материала. Монополи — это заряды — источники мощного магнитного поля. А раз так, то в замкнутом проводнике должен возникать электрический ток.

Исследованию подверглись почти все девять килограммов грунта, привезенного американскими космонавтами. Но наведенного тока обнаружить не удалось.

Казалось бы, можно сделать окончательный вывод, что монополей в природе не существует. Но физики такого вывода не сделали. Ведь в точности никому не известно, как ведут себя монополи в веществе. В опытах по вытягиванию их из разных веществ предполагалось, что за время накопления с монополями ничего не происходило. Но откуда взялась такая уверенность?

А вот и еще одна неопределенность. По некоторым расчетам получалось, что энергия связи монополя в веществе равна химической — всего нескольким электрон-вольтам. Но по другим расчетам энергия эта может достигать сотен мега-электрон-вольт! Но тогда извлекать монополи из породы с помощью магнитного поля попросту невозможно…

Первые опыты в Беркли на протонах с энергией всего 7 Гэв не изменили сложившейся ситуации. Не изменили ее и опыты с протонами с энергией 30 Гэв. Физики предполагают, что пары монополей, как и другие элементарные частицы, могут рождаться при столкновении частиц высокой энергии с веществом. Но какой энергии? Теория П. Дирака не отвечает на этот вопрос. Необходимая для рождения монополя энергия зависит от его массы, а о ней нам ничего не известно.

Итак, ни одного утешительного результата за двадцать лет непрерывных поисков этой частицы-призрака. За столь длительный срок ученые могли и охладеть к проблеме монополя.

Но вот что сказал несколько лет назад сам автор теории монополя П. Дирак: «После того как я установил существование позитрона, я пришел к мысли о существовании новой частицы — магнитного монополя. Это обосновывается замечательными по красоте математическими вычислениями, и мы будем счастливы, если окажется, что монополи действительно существуют в природе и великолепные математические расчеты будут иметь применение».

Нет, П. Дирак не отказался от своего предсказания. И появление шарообразного, похожего на спутник устройства на камере Серпуховского ускорителя — лучшее свидетельство тому, что поиски этой частицы продолжаются с неослабевающим интересом. Серпухов открыл новую страницу в летописи поисков монополей П. Дирака. Энергия, которую частицы приобретают в ускорителе, достаточна для создания монополей в пять раз тяжелее протонов.

В первых экспериментах в Серпухове группа физиков Института атомной энергии имени И. В. Курчатова помещала в поток протонов огромной энергии мишень, в которой, как предполагалось, и должны были рождаться монополи с разными знаками магнитных зарядов. Магнитное поле ускорителя должно было отклонять их в противоположные стороны, где находились накопительные пленки из ферромагнитного вещества. Через полтора года, в течение которых в них могли накапливаться монополи, пленки поместили в магнитное поле величиной более 2 · 10⁵ эрстед. И опять неудача! Не было обнаружено ни одной частицы.

Эти эксперименты не были похожи на прежние поиски монополей в природе, напоминавшие розыски неизвестно где зарытого клада. Теперь ученые точно знали, где могли возникнуть таинственные частицы, но обнаружить их пытались, к сожалению, методом накопления, имеющим определенные недостатки.