Хотелось бы вам найти частицу, которая может перевернуть представление о магнитных полях? Российские учёные, похоже, на пути к этому. Они предлагают искать загадочные магнитные монополи прямо в космосе, в самых мощных магнитах Вселенной — магнитарах.
Уже почти сто лет физики пытаются найти монополи — гипотетические частицы с магнитным зарядом, которые могли бы перевернуть наше представление о мире. Ищут их повсюду: и на Земле, и в космосе.
И тут российские учёные из Нижегородского университета (ННГУ) предлагают свежую идею: искать их не абы где, а в самых мощных магнитах Вселенной — магнитарах (или магнетарах, кому как нравится).
Что такое монополи и зачем их ищут?Давайте разберёмся, что это за частицы такие. Магнитные монополи — гипотетические частицы, которые не должны быть диполями, то есть с «севером» и «югом» на одном объекте. Если монополь существует, то он, по сути, один из полюсов, и у него только один магнитный заряд: северный или южный.
Это странно звучит, но такой магнит — не пара, а один, и он мог бы стать частью общей картины симметрии в природе. Считается, что эти монополи могли бы добавить баланс и завершить уравнения Максвелла.
Тут стоит немного остановиться на этих самых уравнениях. Всего их четыре, и они описывают, как взаимодействуют электрические и магнитные поля. Фактически, они объясняют, как свет, радио, рентгеновские и другие электромагнитные волны могут существовать и распространяться в пространстве.
Каждое из уравнений отвечает за отдельную сторону этих взаимодействий. Если совсем просто, то они описывают следующее:
Как заряды создают электрическое поле. Например, если взять обычную батарейку, то положительный заряд на одном конце будет создавать электрическое поле, которое тянется к отрицательному заряду на другом конце. Как магнитные поля создаются токами (движением зарядов) и меняющимися электрическими полями. Это объясняет, почему вокруг проводов с током, например в электроприборах, появляется магнитное поле. Как замкнуты магнитные поля. В отличие от электрических, магнитные поля не имеют начала или конца, поэтому у обычных магнитов всегда есть два полюса — северный и южный. Это одно из самых сложных понятий, потому что пока что невозможно найти магнит с одним полюсом, и уравнения Максвелла как раз это подтверждают. Как меняющееся магнитное поле создаёт электрическое поле и наоборот. Это объясняет работу генераторов и трансформаторов — благодаря изменению полей, они создают электричество и позволяют его передавать.Теперь, что касается магнитных монополей. Если бы такие частицы существовали, это изменило бы третье уравнение: тогда магнитное поле могло бы иметь начало или конец, как электрическое.
Так что монополи стали бы ключом к изменению или даже «завершению» — уравнений Максвелла и показали, что природа ещё более разнообразна, чем мы можем себе представить!
И это перевернёт наше понимание физики. Монополи могли бы объяснить целый ряд вещей — от того, как работают на разных уровнях поля, до таких вопросов, которые мы ещё даже не задавали.
Кстати, в 1982 году физик Блас Кабрера вдруг стал героем забавной истории: в его лаборатории, где уже несколько месяцев искали монополи, случилось чудо — детектор зафиксировал нужный сигнал ровно на День святого Валентина.
Только вот, как назло, это произошло тогда, когда учёного даже рядом не было — он отмечал праздник. А прибор показал ровно восемь магнетонов — именно столько, сколько предсказала теория для одного монополя.
На следующий день, Кабрер увидел запись и был потрясён. Новость всколыхнула физиков по всему миру, а коллега Стивен Вайнберг спустя год в ожидании «монополя номер два» даже написал Кабрере шуточный стишок.
Roses are red, Violets are blue, It’s time for monopole Number TWO! — Розы красны, Фиалки сини, Представить второй монополь Мы бы тебя попросили!
Однако ни сам Кабрера, ни другие физики так и не смогли поймать ещё один сигнал. Было ли это случайностью, или всё же на мгновение мы столкнулись с единственным известным монополем? Ответа пока нет.
И понятно, почему так много учёных гоняются за этими частицами: ведь их наличие закроет многие пробелы в нашем представление о Вселенной.
Самые мощные магниты во ВселеннойНо что это за магнитары, на которых наши учёные собираются искать монополи? Представьте себе звезду, в которой после взрыва суперновой остаётся невероятно плотное ядро — нейтронная звезда.
Это крошечное, но суперплотное тело, масса которого сопоставима с массой нашего Солнца, но размер — всего несколько километров.
Некоторые из нейтронных звёзд становятся магнитарами, потому что их магнитное поле в миллиарды раз мощнее, чем любое магнитное поле на Земле.
Магнитары настолько мощные, что способны «скручивать» пространство вокруг себя. А магнитное поле у них настолько сильное, что может достигать 10^11 тесла (для сравнения, у обычного бытового магнита — около 0,01 тесла).
И вот в этих монструозных полях, по идее, и могут рождаться монополи, потому что чем сильнее магнитное поле, тем больше шансов на рождение частиц с ненулевым магнитным зарядом.
Слышите шум?Радиофизики из ННГУ рассуждают так: если монополи действительно рождаются в таких мощных магнитных полях, они могут оставить след — шум, который, в свою очередь, зафиксируют современные телескопы и обсерватории. Тут можно провести простейшую аналогию со стаканом кипятка в озере.
Величина изменений магнитного поля и вращения магнитара при рождении частиц достаточно мала. Обнаружить их — все равно что зафиксировать изменение температуры озера Байкал, в который вылили стакан кипятка! Чтобы экспериментальные установки смогли зарегистрировать отклонения во вращении магнитаров, мы описали их спектр
Вроде бы такое крошечное изменение, но если хорошо присмотреться, можно заметить разницу температур.
Здесь похожий принцип: монополи, если их рождение и происходит, могут немного ослаблять магнитное поле и замедлять вращение звезды, что создаёт слабые, но характерные шумы.
Авторы исследования предполагают, что если эти частицы действительно рождаются, то это будет происходить массово, и этот шум будет заметен. В результате учёные смогут зафиксировать такие события, пока наблюдают за изменениями в магнитном поле и скорости вращения магнитаров.
От теории к экспериментуЧтобы проверить всю гипотезу, необходимо провести эксперимент. Сейчас исследователи описали, какой спектр изменений они ожидают увидеть, и это может помочь обсерваториям, которые оснащены соответствующей аппаратурой, заметить даже малейшие отклонения.
В этом и кроется вся сложность задачи: мы ищем крошечные изменения на расстоянии многих световых лет. И если учёные смогут обнаружить такие изменения, это станет большим достижением для физики.
Мы смоделировали процессы, которые предположительно происходят при рождении монополей в экстремально сильных магнитных полях магнитаров. Если эти явления зарегистрируют установки международных обсерваторий, наука получит одно из доказательств существования магнитных зарядов.
Также стоит помнить, что в поисках монополей учёные опираются на теории, которые до конца не доказаны, так что любой результат, будь он «за» или «против», — всё равно ценные данные. Если удастся уловить хоть малейшие сигналы, то учёные получат, возможно, доказательства, а может, и новое представление о физике частиц.
А если гипотеза опровергнется? Ну, отрицательный результат — тоже результат. Ведь, даже если учёные не найдут монополи, они узнают больше о магнитарах, нейтронных звёздах и мощнейших магнитных полях.
Кто знает, возможно, эти исследования приведут нас к открытиям, которые сделают более понятным тот космический хаос, что мы наблюдаем вокруг.
Так или иначе, идея ННГУ — новая страница в науке, а может, и начало большой главы, где магнетизм и частицы обретут новые значения.
Кстати, учёные опубликовали результаты в ведущем журнале по астрофизике Physical Review D, так что если кому надо всё это с расчётами и формулами (и у кого есть подписка) — можете почитать.
«Так а что с этого мне?» — мог бы подумать любопытный читатель. Вроде бы всё это про какие-то там монополи и магнитные поля, которые и не замечаешь, если не посмотришь в нужную сторону. А вот и нет!
Всё, что мы изучаем в космосе, рано или поздно находит применение и на Земле. После того, как учёные сумеют разгадать эту тайну, они смогут не только расширить наши знания о Вселенной, но и создать новые технологии, которые могут изменить нашу жизнь.
Вы пользуетесь бывшими космическими технологиями дома каждый день. Ловите подробный списокТак что, зачем сидеть на месте, если можно сделать шаг в будущее?
Источник: www.ferra.ruПохожие новости:
Гиперперсонализация: как сделать предложение пользователю релевантным
Магнитный переворот: когда компас сойдёт с ума
«Слушая подкасты, ничего не узнаешь, ты должен устать, упасть без задних ног — такой должна быть встреча с образованием»
Уровень «цифровой зрелости» компаний в России выше, чем в среднем по миру