Rezumat monopole magnetice
Rezumat pe tema:
-
introducere
- 1 Istoricul
- Simetria Maxwell ecua 2
- 3 Dirac monopole
- 4 model „t Hooft - Polyakov
- 5 proprietăți fizice de bază
- 5.1 Charge a monopolizat magnetic
- 5.2 monopole comunicare constantă
- 5.3 monopole Greutate
- 5.3.1 Estimarea inferioară a masei Monopolul
- 6 Încercările de a găsi un monopole
- 6.1 magnetic "cvasi-monopol"
literatură
monopole magnetice - o particulă elementară ipotetică având o sarcină magnetică non-zero, - o sursă punct de un câmp magnetic radial. Tariful magnetic determină intensitatea câmpului magnetic în exact același mod ca și sarcina electrică determină intensitatea câmpului electric.
monopole magnetic poate fi reprezentat ca un pol lung luate separat și magnet permanent mici. Cu toate acestea, magnetul convențional întotdeauna doi poli, adică, este un dipol. Dacă magnetul este tăiat în două părți, fiecare parte va continua să fie cei doi poli. Toate particulele elementare cunoscute cu un câmp electromagnetic sunt dipoli magnetice.
1. Istoricul
Odată cu crearea fizicii ca știință pe baza experienței, a confirmat opinia că proprietățile electrice și magnetice ale corpurilor sunt semnificativ diferite. Acest punct de vedere a fost exprimat în mod clar de William Gilbert în 1600. Charles Coulomb a stabilit identitatea legilor atracției și respingerii sarcinilor electrice și a taxelor magnetice - poli magnetici, din nou, a ridicat problema similitudinii forțelor electrice și magnetice, dar până la sfârșitul secolului al XVIII-lea, sa constatat că în laborator este imposibil de a crea un corp cu încărcătură magnetică totală nenul. Conceptul de „substanță încărcată magnetic“ a fost mult timp expulzat din fizica după muncă Ampere în 1820, în care sa dovedit că circuitul cu curent electric creează același câmp magnetic ca un dipol magnetic.
În 1894 Per Kyuri prezentat într-o scurtă notă, că introducerea taxelor magnetice în ecuația Maxwell este produsă în mod natural și doar le face mai simetrice.
2. Simetria ecuațiilor lui Maxwell
Formulată Maxwell Ecuații electrodinamică clasice asociate câmpuri electrice și magnetice cu mișcarea particulelor încărcate. Aceste ecuații sunt aproape simetrice în raport cu electricitate și magnetism. Ele pot fi făcute complet simetric în cazul în care, în plus față de o sarcină electrică și de curent pentru a introduce o taxă magnetică și curent magnetic pM:
Fără poli magnetici
În această ecuație modificată din coloana din dreapta trece în ecuațiile clasice prin substituirea = 0 pM, adică în cazul în care există taxe magnetice din regiunea dată spațiului. Astfel, este posibil să se creeze un sistem de ecuații lui Maxwell cu existența taxa magnetice, ecuația clasică reflectă pur și simplu faptul că taxele magnetice sunt, de obicei, nu au fost observate.
În cazul în care există tarifele magnetice, existența curenților magnetice duce la corecții semnificative ale ecuațiilor lui Maxwell, care pot fi observate la scară macroscopică.
În noua formă de ecuațiile lui Maxwell au dificultăți în utilizarea descrierea matematică a potențialului vectorului. În prezența taxelor magnetice și electrice, iar câmpul electromagnetic poate fi descrisă folosind potențialul vector, în mod continuu pe tot spațiul. Prin urmare, prezența taxelor magnetice ale ecuației particule încărcate de mișcare este scoasă din principiul variațional minimei acțiune. În electrodinamicii clasice, aceasta nu duce la dificultăți fundamentale (deși face teoria un pic mai puțin frumoasă), dar este imposibil de a formula dinamicii cuantice în afara hamiltonianul sau formalismul Lagrangian.
3. Dirac monopole
Pol Dirak a creat teoria cuantică a interacțiunilor electrice de încărcare e g cu încărcătura magnetică. care se aplică cu condiția ca: unde n - un număr întreg. Astfel, taxa de particule magnetice trebuie să fie un multiplu al taxei magnetice elementare, în cazul în care e - sarcina electrică elementară.
În special Reciproca este adevărată: existența de încărcare magnetică nu este contrară mecanicii cuantice standard, numai în cazul în care sarcinile electrice ale particulelor sunt cuantificate. (Astfel, existența în natură cel puțin un monopole magnetic cu o anumită sarcină ar explica valoarea observată experimental a multitudinii de sarcini electrice particule electronice, în care încărcătura magnetică, de asemenea, ar fi în mod necesar cuantificată).
Condiții Dirac cuantizare este generalizată la interacțiunea dintre două particule, fiecare dintre care are atât sarcina electrică și magnetică (astfel de particule sunt denumite diona)
(În sistemul de unități utilizat e și g au aceeași dimensiune, cu raportul fix de încărcare e.)
In apropierea non-relativistă, forța care acționează asupra dionei 1 cu coordonate r și viteza v de diona 2, desemnat la origine, este egală cu
Rețineți că, în această formulă să joace un invariant dublă sarcină în proces de transformare.
4. Modelul „t Hooft - Polyakov
In 1974, A. M. Polyakov și 't Hooft (G.' Gerard t Hooft) găsit [1], în mod independent. că existența unui monopol magnetic este nu numai posibil, dar, de asemenea, necesară în teoria câmpului de o anumită clasă. In modelele de marea unificare, având în vedere simetria cu privire la transformarea de fază a funcțiilor de undă ale particulelor încărcate ca o componentă a unui non-Abelian ecartament simetrie mai mare, câmpul electromagnetic asociat cu câmpurile de calibrare multiplei X încărcate cu mase mari (mase de acestea apar într-o rupere spontană de simetrie). Pentru unele gauge grupuri de simetrie există configurație X. câmpuri stabile localizate în dimensiune, iar acest domeniu este de a crea un câmp magnetic simetrie sferică. Existența unor astfel de configurații depinde de proprietățile topologice ale grupului de calibrare, mai precis, cu privire la modul în care este încorporat într-un subgrup de simetrie conservată după rupere spontană. Stabilitatea acestor poli magnetici este determinat de comportamentul unui anumit domeniu la distanțe mari de centru. Monopolul magnetică de masă Mm poate fi calculată, depinde de modelul de domeniu specific, dar în orice caz, trebuie să fie mare, (estimat pentru o modele de mare clasă). Aceste monopolii magnetice pot fi produse într-un univers fierbinte la scurt timp după Big Bang la tranziția de fază asociată cu rupere spontană de simetrie și apariția non-zero, câmpuri scalare omogene în vid. Cantitatea produsă de monopoli magnetice determinate de procesul universului într-un stadiu incipient, astfel încât absența lor acum este posibil de a judeca despre proces. O explicație pentru faptul că monopolii magnetice relicve se găsesc, având în vedere teoria universului inflaționist (inflație). t Hooft poli magnetici - Polyakov au unele proprietăți neobișnuite pe care le-ar fi ușor de detectat. În special, interacțiunea cu Monopolul magnetic poate stimula dezintegrarea nucleon prezis unele modele de marea unificare [2]. adică să acționeze ca un catalizator al acestei degenerări.
5. proprietățile fizice de bază
5.1. O taxă monopole magnetică
Dimensiunea taxei monopole magnetice coincide cu cea a sarcinii electrice în sistemul CGS:
unde c - viteza luminii în vid, - taxa elementar - constanta lui Planck și e.
Dimensiunea SI a taxelor magnetice și electrice sunt diferite:
unde h - constanta lui Planck.
5.2. monopole comunicare constantă
Este cunoscut faptul că sarcinile electrice sunt suficient de mici (N. constantă structură fină și anume.) Constantă de cuplare. Sistemul GHS, are următoarea semnificație:
În sistemul SI, avem o expresie mai complicată:
în cazul în care εE - constantă dielectrică.
În mod similar, puteți introduce și constantă de cuplare magnetică pentru GHS:
Pentru SI avem expresia:
unde ¡JE - vid constant magnetic. Trebuie remarcat faptul că constanta magnetic este mult mai mare decât una, și astfel utilizarea metodelor perturbative în electrodinamicii cuantice nu oferă oportunități pentru tarifele magnetice.
5.3. Masa monopolizat
Teoria lui Dirac prezice „monopole magnetice în masă“. Prin urmare, în prezent nu există un consens privind evaluarea masei monopole (experiment se referă numai la limita inferioară). Pot fi, de asemenea, remarcat faptul că valoarea masei de electroni este pur fapt experimental și nu este prezis de teoriile existente.
5.3.1. Estimarea inferioară a masei Monopolul
Inferior legat de masa Monopolul poate fi estimată din raza de electroni clasice (sistemul SI):
unde λ0 - lungimea de undă Compton electronului, m0 - masa electronului
În mod similar, este posibil să introduceți o valoare pentru raza clasică a monopolizat magnetice (sistemul SI):
în cazul în care mD - masa monopolului. Astfel, echivalând raza clasică, puteți obține o estimare mai scăzută a masei de monopol:
6. Încercările de a găsi un monopole
încercări repetate de a detecta pilot monopole magnetic nu a reușit. Cautari deosebit de intense monopole magnetice de origine spațială realizată de la începutul secolului XX '80. Experimentele pot fi împărțite în mai multe grupuri.
6.1. Magnetice „cvasi-monopol“
În unele sisteme în materia condensată pot exista structuri asemănătoare cu monopole magnetice - tub de flux magnetic (tuburi de flux). tub magnetic capete forma dipol magnetic, dar din moment ce mișcarea lor este în mod independent, în multe cazuri, acestea pot fi considerate ca fiind de aproximativ cvasiparticulelor independente monopoli.
Cu toate acestea, aceste fenomene nu sunt legate [9] și, potrivit unui raport în Physics World [10]. poli magnetici detectate într-o „gheață de spin“, originile sale sunt diferite de monopolizat fundamentală prezisă de teoria lui Dirac.
Detectat „monopole“ sunt cvasiparticulelor (liniile de câmp magnetic care aparține uneia dintre aceste cvasiparticulelor rămân închise, care trece printr-o „linie“ subțire conectează două astfel de cvasiparticulelor, fiecare dintre care, în acest sens, se percepe o taxă magnetică izolat) în loc de elementar particule, cu toate acestea, această deschidere nu a făcut o revoluție în fizica particulelor elementare. Cu toate acestea, „cvasi-monopol“ sunt interesante în sine, și fac obiectul unor cercetări intensive. Teoretic, o astfel de educație poate exista nu numai în gheață de spin, dar, de asemenea, în Bose - condensați Einstein.