www.wikidata.uk-ua.nina.az

Магнітний монополь Магні тний моно поль гіпотетична елементарна частинка аналог елементарного електричного заряду для ма

Магнітний монополь

Магні́тний моно́поль — гіпотетична елементарна частинка, аналог елементарного електричного заряду для магнітного поля, тобто джерело статичного радіального магнітного поля.

Суть ідеї Редагувати

Магніти мають два полюси. Цією властивістю магнітна взаємодія докорінно відрізняється від електричної. Електричне поле створюється позитивними й від'ємними зарядами — частками із одним єдиним полюсом. Аналогом постійного магніту для електричного поля є диполь, який завжди можна розбити на два заряди різного знаку. Тобто електричне й магнітне поле, які є рівнозначними складовими електромагнітної хвилі, докорінно розрізняються щодо своїх джерел.

Відсутність такої симетрії викликала гіпотезу про можливе існування частки із магнітним зарядом.

Досі експериментального свідчення про існування магнітного монополя отримати не вдалося за винятком одного випадку, коли експериментальна установка спрацювала 14 лютого 1982 року. Цей випадок отримав назву монополь святого Валентина.

Історія поняття Редагувати

На ранніх етапах розвитку фізики, яка базується на експериментальних дослідженнях, поширилась думка про принципову відмінність електричних та магнітних властивостей фізичних тіл. Ця думка чітко була сформульована (W. Gilbert, 1600). Встановлення Шарлем Кулоном тотожності законів притягання та відштовхування для електричних та магнітних зарядів (полюсів магнітів) знову підняло питання про подібність електричних та магнітних сил, проте в кінці 18 століття було показано, що в лабораторних умовах неможливо розділити дипольне магнітне тіло на окремі магнітні заряди. Тому поняття про магнітно заряджену субстанцію було надовго вигнано з фізики після праць Ампера в 1820, де було показано, що контур з електричним струмом створює таке саме магнітне поле, як і магнітний диполь.

Відновлення концепції магнітних зарядів припадає на початок 30-х років 20-го століття, тобто у період перегляду основ фізики у зв'язку зі створенням квантової механіки. Поль Дірак опублікував декілька статей присвячених проблемі т.з. магнітного монополя (тому в подальшому цю гіпотетичну частку почали називати монополем Дірака).

У 2013 році Серджіо Северіні (Sergio Severini) та Алессандро Сеттімі (Alessandro Settimi) були зацікавлені в тому, щоб по-новому поглянути на друге рівняння Максвелла з нульовою розбіжністю, яке стосується поля магнітної індукції. З цією метою обидва автори розглянули деякі фізичні аспекти системи, що складається з масивних, заряджених і нерелятивістських частинок, як джерела електромагнітного поля (ЕМ), що поширюється у вільному просторі. Зокрема, глибоко досліджено зв'язок між збереженням повного імпульсу та умовою нульової розбіжності для поля магнітної індукції. У цій науковій статті представлено новий контекст, у якому необхідна умова властивості нульової розбіжності поля магнітної індукції в усьому просторі, відома як умова соленоїдальності, випливає безпосередньо зі збереження повного імпульсу для системи, тобто джерел і поля. Загалом дослідження призвело до результатів, які залишають відкритими деякі питання про існування або принаймні про спостережуваність магнітних монополів, правдоподібні лише теоретично за відповідних гіпотез симетрії.

Монополь Дірака Редагувати

Поль Дірак створив квантову теорію взаємодії електричного заряду з магнітним зарядом , яка справедлива при виконанні умови: , де n — ціле число. Таким чином, магнітний заряд частки повинен бути кратним елементарному магнітному заряду , де e — елементарний електричний заряд.

Досить примітним є обернене твердження, що існування магнітного заряду не суперечить стандартній квантовій механіці тільки в тому випадку, коли електричні заряди всіх часток квантуються. Таким чином, існування магнітного монополя пояснювало б кратність електричних зарядів часток величині e, що спостерігається на практиці.

Умова квантування Дірака узагальнюється на взаємодію двох часток, кожна з яких має як електричний так і магнітний заряди (такі частки називаються діонами)

(У використаній Діраком системі одиниць e та g мають однакову розмірність, причому заряд е фіксований співвідношенням .) В нерелятивістському наближенні сила, яка діє на діон 1 з координатами r та швидкістю v з боку діона 2, закріпленого на початку координат, рівна

Слід відзначити, що комбінації зарядів, які входять в цю формулу є інваріантні відносно дуального перетворення.

В Міжнародній системі величин (ISQ) розмірності електричних та магнітних зарядів є різна. Більше того, в ній магнітний заряд визначається через відношення двох фундаментальних констант:

де стала Планка та електричний заряд електрона.

В теорії великого об’єднання Редагувати

Формальне введення магнітного заряду Редагувати

За аналогією із законом Кулона для електричних зарядів, можна ввести закон взаємодії між однойменними магнітними зарядами . Сила відштовхування (притягання) між двома магнітними зарядами може бути представлена у формі:

де - магнітна проникність вакууму, а віддаль між двома зарядами. Постійна тонкої структури для магнітних зарядів має вигляд:

де стала Планка, швидкість світла у вакуумі, а постійна тонкої структури для електричних зарядів.

Див. також Редагувати

Примітки Редагувати

  1. Severini, S.; Settimi, A. (2013). On the Divergenceless Property of the Magnetic Induction Field. Physics Research International 2013 (ID292834): 1–5. doi:10.1155/2013/292834. 
  2. Yakymakha O.L., High Temperature Quantum Galvanomagnetic Effects in the Two- Dimensional Inversion Layers of MOSFET's, p.91. Vyscha Shkola, Kyiv (1989) djvu [ 5 червня 2011 у Wayback Machine.]


Література Редагувати

  • «Монополь Дирака». Сборник статей, перевод с английского, под редакцией Б. М. Болотовского и Ю. Д. Усачева, М., 1970.
  • Стражев В. И., Томильчик Л. М. Электродинамика с магнитным зарядом — Минск, 1975.
  • Коулмен С. Магнитный монополь пятьдесят лет спустя — пер. с англ. — «Успехи физических наук», 1984, т.144, с.277. .
  • Дэвонс С. Поиски магнитного монополя — «Успехи физических наук», 1965, т. 85, в. 4, с. 755—760 (Дополнение Б. М. Болотовского, там же, с. 761—762).
  • Швингер Ю. Магнитная модель материи — «Успехи физических наук», 1971, т. 103, в. 2, с. 355—365.
  • Shnir, Yakov M. Magnetic Monopoles — Springer-Verlag, Berlin, 2005 (ISBN 3-540-25277-0).

Посилання Редагувати


Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проєкту, виправивши або дописавши її.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
Magni tnij mono pol gipotetichna elementarna chastinka analog elementarnogo elektrichnogo zaryadu dlya magnitnogo polya tobto dzherelo statichnogo radialnogo magnitnogo polya Zmist 1 Sut ideyi 2 Istoriya ponyattya 3 Monopol Diraka 4 V teoriyi velikogo ob yednannya 5 Formalne vvedennya magnitnogo zaryadu 6 Div takozh 7 Primitki 8 Literatura 9 PosilannyaSut ideyi RedaguvatiMagniti mayut dva polyusi Ciyeyu vlastivistyu magnitna vzayemodiya dokorinno vidriznyayetsya vid elektrichnoyi Elektrichne pole stvoryuyetsya pozitivnimi j vid yemnimi zaryadami chastkami iz odnim yedinim polyusom Analogom postijnogo magnitu dlya elektrichnogo polya ye dipol yakij zavzhdi mozhna rozbiti na dva zaryadi riznogo znaku Tobto elektrichne j magnitne pole yaki ye rivnoznachnimi skladovimi elektromagnitnoyi hvili dokorinno rozriznyayutsya shodo svoyih dzherel Vidsutnist takoyi simetriyi viklikala gipotezu pro mozhlive isnuvannya chastki iz magnitnim zaryadom Dosi eksperimentalnogo svidchennya pro isnuvannya magnitnogo monopolya otrimati ne vdalosya za vinyatkom odnogo vipadku koli eksperimentalna ustanovka spracyuvala 14 lyutogo 1982 roku Cej vipadok otrimav nazvu monopol svyatogo Valentina Istoriya ponyattya RedaguvatiNa rannih etapah rozvitku fiziki yaka bazuyetsya na eksperimentalnih doslidzhennyah poshirilas dumka pro principovu vidminnist elektrichnih ta magnitnih vlastivostej fizichnih til Cya dumka chitko bula sformulovana W Gilbert 1600 Vstanovlennya Sharlem Kulonom totozhnosti zakoniv prityagannya ta vidshtovhuvannya dlya elektrichnih ta magnitnih zaryadiv polyusiv magnitiv znovu pidnyalo pitannya pro podibnist elektrichnih ta magnitnih sil prote v kinci 18 stolittya bulo pokazano sho v laboratornih umovah nemozhlivo rozdiliti dipolne magnitne tilo na okremi magnitni zaryadi Tomu ponyattya pro magnitno zaryadzhenu substanciyu bulo nadovgo vignano z fiziki pislya prac Ampera v 1820 de bulo pokazano sho kontur z elektrichnim strumom stvoryuye take same magnitne pole yak i magnitnij dipol Vidnovlennya koncepciyi magnitnih zaryadiv pripadaye na pochatok 30 h rokiv 20 go stolittya tobto u period pereglyadu osnov fiziki u zv yazku zi stvorennyam kvantovoyi mehaniki Pol Dirak opublikuvav dekilka statej prisvyachenih problemi t z magnitnogo monopolya tomu v podalshomu cyu gipotetichnu chastku pochali nazivati monopolem Diraka U 2013 1 roci Serdzhio Severini Sergio Severini ta Alessandro Settimi Alessandro Settimi buli zacikavleni v tomu shob po novomu poglyanuti na druge rivnyannya Maksvella z nulovoyu rozbizhnistyu yake stosuyetsya polya magnitnoyi indukciyi Z ciyeyu metoyu obidva avtori rozglyanuli deyaki fizichni aspekti sistemi sho skladayetsya z masivnih zaryadzhenih i nerelyativistskih chastinok yak dzherela elektromagnitnogo polya EM sho poshiryuyetsya u vilnomu prostori Zokrema gliboko doslidzheno zv yazok mizh zberezhennyam povnogo impulsu ta umovoyu nulovoyi rozbizhnosti dlya polya magnitnoyi indukciyi U cij naukovij statti predstavleno novij kontekst u yakomu neobhidna umova vlastivosti nulovoyi rozbizhnosti polya magnitnoyi indukciyi v usomu prostori vidoma yak umova solenoyidalnosti viplivaye bezposeredno zi zberezhennya povnogo impulsu dlya sistemi tobto dzherel i polya Zagalom doslidzhennya prizvelo do rezultativ yaki zalishayut vidkritimi deyaki pitannya pro isnuvannya abo prinajmni pro sposterezhuvanist magnitnih monopoliv pravdopodibni lishe teoretichno za vidpovidnih gipotez simetriyi Monopol Diraka RedaguvatiPol Dirak stvoriv kvantovu teoriyu vzayemodiyi elektrichnogo zaryadu e displaystyle e nbsp z magnitnim zaryadom g displaystyle g nbsp yaka spravedliva pri vikonanni umovi e g 2 p c n displaystyle frac eg 2 pi c n nbsp de n cile chislo Takim chinom magnitnij zaryad chastki povinen buti kratnim elementarnomu magnitnomu zaryadu g 0 2 p ℏ c e displaystyle g 0 frac 2 pi hbar c e nbsp de e elementarnij elektrichnij zaryad Dosit primitnim ye obernene tverdzhennya sho isnuvannya magnitnogo zaryadu ne superechit standartnij kvantovij mehanici tilki v tomu vipadku koli elektrichni zaryadi vsih chastok kvantuyutsya Takim chinom isnuvannya magnitnogo monopolya poyasnyuvalo b kratnist elektrichnih zaryadiv chastok velichini e sho sposterigayetsya na praktici Umova kvantuvannya Diraka uzagalnyuyetsya na vzayemodiyu dvoh chastok kozhna z yakih maye yak elektrichnij tak i magnitnij zaryadi taki chastki nazivayutsya dionami e 1 g 2 e 2 g 1 2 p ℏ c n displaystyle e 1 g 2 e 2 g 1 2 pi hbar c n nbsp U vikoristanij Dirakom sistemi odinic e ta g mayut odnakovu rozmirnist prichomu zaryad e fiksovanij spivvidnoshennyam e 2 4 p ℏ c 1 137 displaystyle e 2 4 pi hbar c 1 137 nbsp V nerelyativistskomu nablizhenni sila yaka diye na dion 1 z koordinatami r ta shvidkistyu v z boku diona 2 zakriplenogo na pochatku koordinat rivna F e 1 e 2 g 1 g 2 r e 1 g 2 e 2 g 1 v r c 4 p r 3 displaystyle F frac e 1 e 2 g 1 g 2 mathbf r e 1 g 2 e 2 g 1 frac mathbf left vr right c 4 pi r 3 nbsp Slid vidznachiti sho kombinaciyi zaryadiv yaki vhodyat v cyu formulu ye invariantni vidnosno dualnogo peretvorennya V Mizhnarodnij sistemi velichin ISQ rozmirnosti elektrichnih ta magnitnih zaryadiv ye rizna Bilshe togo v nij magnitnij zaryad viznachayetsya cherez vidnoshennya dvoh fundamentalnih konstant m h e 4 135701 10 15 displaystyle mu frac h e 4 135701 cdot 10 15 nbsp Dzh A de h displaystyle h nbsp stala Planka ta e displaystyle e nbsp elektrichnij zaryad elektrona V teoriyi velikogo ob yednannya RedaguvatiFormalne vvedennya magnitnogo zaryadu RedaguvatiZa analogiyeyu iz zakonom Kulona dlya elektrichnih zaryadiv mozhna vvesti zakon vzayemodiyi mizh odnojmennimi magnitnimi zaryadami m displaystyle mu nbsp Sila vidshtovhuvannya prityagannya mizh dvoma magnitnimi zaryadami mozhe buti predstavlena u formi 2 F m m 2 4 p m 0 r 2 displaystyle F mu frac mu 2 4 pi mu 0 r 2 nbsp de m 0 displaystyle mu 0 nbsp magnitna proniknist vakuumu a r displaystyle r nbsp viddal mizh dvoma zaryadami Postijna tonkoyi strukturi dlya magnitnih zaryadiv maye viglyad b m 2 2 m 0 h c 1 4 a 34 259009 displaystyle beta frac mu 2 2 mu 0 hc frac 1 4 alpha 34 259009 nbsp de h displaystyle h nbsp stala Planka c displaystyle c nbsp shvidkist svitla u vakuumi a a displaystyle alpha nbsp postijna tonkoyi strukturi dlya elektrichnih zaryadiv Div takozh RedaguvatiEfekt Aronova Boma Faza BerriPrimitki Redaguvati Severini S Settimi A 2013 On the Divergenceless Property of the Magnetic Induction Field Physics Research International 2013 ID292834 1 5 doi 10 1155 2013 292834 Yakymakha O L High Temperature Quantum Galvanomagnetic Effects in the Two Dimensional Inversion Layers of MOSFET s p 91 Vyscha Shkola Kyiv 1989 djvu Arhivovano 5 chervnya 2011 u Wayback Machine Literatura Redaguvati Monopol Diraka Sbornik statej perevod s anglijskogo pod redakciej B M Bolotovskogo i Yu D Usacheva M 1970 Strazhev V I Tomilchik L M Elektrodinamika s magnitnym zaryadom Minsk 1975 Koulmen S Magnitnyj monopol pyatdesyat let spustya per s angl Uspehi fizicheskih nauk 1984 t 144 s 277 tekst Devons S Poiski magnitnogo monopolya Uspehi fizicheskih nauk 1965 t 85 v 4 s 755 760 Dopolnenie B M Bolotovskogo tam zhe s 761 762 Shvinger Yu Magnitnaya model materii Uspehi fizicheskih nauk 1971 t 103 v 2 s 355 365 Shnir Yakov M Magnetic Monopoles Springer Verlag Berlin 2005 ISBN 3 540 25277 0 Posilannya RedaguvatiPrigodi velikih rivnyan Arhivovano 11 grudnya 2008 u Wayback Machine MOO Nauka i tehnika nbsp Ce nezavershena stattya z fiziki Vi mozhete dopomogti proyektu vipravivshi abo dopisavshi yiyi Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Magnitnij monopol amp oldid 39697550