Текст книги "Тунгусское сияние"
Автор книги: А. Ольховатов
Соавторы: Б. Родионов
сообщить о нарушении
Текущая страница: 13 (всего у книги 14 страниц)
Соответствующие разрушающие сверхпроводимость магнитные поля называют верхними критическими. Магнитная индукция достигает в таких случаях в некоторых сверхпроводниках величины порядка 1 МГс (мегагаусс) = 100 Тл (тесла). Поэтому сверхпроводники 2-го рода применяют для создания очень сильных магнитных полей.
Для нас вихри Абрикосова важны тем, что они – овеществленные образцы "настоящей" квантованной линейной материи, построенной на основе флюксоидов, причем концы вихрей (полюса электронных "смерчей" соленоидов) – имитируют магнитные монополи с дираковским квантом магнитного заряда!
Задача. Оцените число вращающихся зарядов в вихре Абрикосова, радиус вихря и магнитную индукцию в нем. Оцените энергию вращающихся частиц (температуру вихря). Решение. Решим эту задачу в достаточно общем виде (это потребуется для дальнейшего) – используя релятивистские формулы и пока не уточняя, какие именно заряды вращаются в нашем вихре. Напряженность магнитного поля Н внутри соленоида, длина которого существенно больше радиуса г, определяется как Н = 4тд/с, где j = е*Т1*у/2ягток на единице длины соленоида,п* – число вращающихся со скоростью v зарядов е* на единице длины соленоида. При r = X " Ich/P (уже использовавшееся ранее условие квантования момента импульса частицы, 1 – орбитальное квантовое число, Х – длина волны де Бройля, Р – импульс вращающейся частицы) находим величину магнитного потока Нто^ = 2icln*e*ch/E, здесь Е = Р/Р – полная энергия частицы, которая в релятивистской механике есть сумма массы частицы М* = т*с^ в энергетических единицах и её кинетической энергии, Р = v/c, с скорость света. Приравняв полученный магнитный поток кванту Ф , получим важный для дальнейшего результат:
Е=2т^1е^ 1 Ф1
Таким образом, полная энергия Е каждого вращающегося заряда е* флюксоида квантована (1 = 1,2,3,...) и прямо
порциональна числу вращающихся зарядов на единице длины флюксоида п* и квадрату величины заряда.
При минимальном значении Е = М* (нерелятивистский случай), имеем ц* " М*/21е*2 = (21r^)-i, где ^ = e*VM* – так называемый классический радиус частицы, 1 = 1,2,3,.... Очевидно, что если е* = е, а М* = Ммасса электрона, то классический радиус частицы совпадает с классическим радиусом электрона г^=2,8.10~^ см = 2,8 фм. Используя классический радиус и то, что Е = ^М, из ф1 получим
I Y/l=2r;,n* Ф2
Из ф2 следует простой вывод: число вращающихся около оси флюксоида частиц должно быть таким, чтобы их "классические диаметры" (удвоенные классические радиусы) могли укладываться на этой оси с "коэффициентом заполнения" у/1.
При минимальном Е = М и 1 = 1 имеем число вращающихся частиц Т1* на единице длины вихря (21^)"'. Если вращаются электроны, ц* = 2-10'^ см~*. Радиус вихря r оценим по найденному т)*. Зная, что расстояние между атомами в твердых телах d около 10~* см и полагая, что таково же среднее расстояние между электронами, из условия т)* = тс^/сР получим r "10^ см (что и наблюдается в экспериментах). Магнитную индукцию оценим по известным радиусу вихря и магнитному потоку в нем Фд: В = Фд/тсг^ == 10^ Гс = 10 Тл (это по порядку величины соответствует верхнему критическому полю типичного сверхпроводника 2– го рода).
Кинетическую энергию Т вращающихся нерелятивистских частиц найдем по их импульсу р, используя известную "школьную" формулу Т = р^/2т. Импульс р найдем, полагая, что радиус вращения r, как это принято в квантовой механике, равен длине волны де Бройля: r = h/p. Таким образом, Т === (h/r)^/2m. По кинетической энергии частиц (разделив её на постоянную Больцмана) находим "температуру" вихря Т*.
Оказывается Т* == 2 К. -тобы наш электронный вихрь не разрушился, нужна очень низкая температура материала (сверхпроводника), в котором он существует. Вихрь Абрикосова – это аналог линейного (цилиндрического) атома, у которого есть линейное (цилиндрическое) ядро из положительно заряженных ионов кристаллической решетки и вращающаяся электронная (токовая) оболочка – собственно соленоидальный вихрь.
Поскольку такие линейные атомы существуют только в веществе, их можно назвать "квазиатомами".
Какими еще могут быть флюксы?
Из чего сделаны флюксы? Очевидно, что "бросая" на монополь различные типы заряженных частиц, мы получим различные типы флюксов и их магнитных полюсов – квазимонополей.
Будем называть r – монополем квазимонополь – магнитный полюс вихря с вращающимися частицами любого типа [r – от лат. rotatio круговращение]. Если вращаются только электроны, будем иметь re монополь, re – флюксоид и гефлюкс. Пример такого флюкса – вихрь Абрикосова.
Если вращаются кварки, будем иметь rq – монополи, rq – флюксоиды и rq – флюксы. Если вращаются протоны, получим гр – монополи и так далее.
А теперь ответим на серию вопросов, связанных с различными возможными типами флюксов – существуют ли они?
Вопрос 1: Возможен ли "молекулярный re – флюкс" на основе линейной молекулы – цепочки обычных атомов? Известно, что электроны "соприкасающихся" электронных оболочек могут объединяться в единый "вихрь". Ответ: Невозможен.
Действительно, размеры атомов порядка 10^ см. В каждом атоме обычно около 10 "внешних" электронов. Значит, число вращающихся зарядов (электронов) т)* в плотно нанизанных "атомных бусах" длиной в 1 см порядка 10^. Из свойств любого соленоида следует, что при такой линейной плотности
зарядов п* его круговой ток слабоват – его не хватит для генерации нужного нам кванта магнитного потока.
Для создания молекулярного re – флюкса необходим "толстый" пучок молекул – полимерный "канат" с диаметром, примерно равным диаметру вихря Абрикосова. (Вроде фибрилл в живых клетках.)
Вопрос 2: Возможен ли ядерный гр – флюкс, в котором круговой ток создают вращающиеся в атомном ядре протоны?
Ответ: Невозможен.
Известно, что ядерная материя состоит из плотно прижавшихся друг к другу нерелятивистских нуклонов. Диаметр нуклона D около 3 фм или 3-10'^ см. Значит, в протонном цилиндрическом нерелятивистском вихре (Е == М, где М – масса протона) с максимальным радиусом r (близким к радиусу самого крупного ядра – с числом нуклонов – массовым числом А = 200) ~ 10'^ см уложится не более та^/D^ протонов. Следовательно, в атомном ядре п* порядка 10^ см''. Но и такая линейная плотность протонов недостаточна – ток слабоват, и "протонный" флюкс в ядре не сформируется.
Для создания гр – флюкса необходима более протяженная ядерная материя – вещество ядерной плотности. Такие флюксы – протонные вихри Абрикосова, повидимому, реализуются в нейтронных звездах – пульсарах. Вопрос 3: Возможен ли кварковый rq – флюкс, в котором квант магнитного потока создает круговой ток кварков в объеме обычного атомного ядра?
Ответ: Возможен.
Допустим, что кварковый флюкс состоит из тех же кварков, из которых состоят нуклоны. Это так называемые валентные и и d кварки с массами 4 и 7 МэВ и с электрическими зарядами +2/3 и -1/3 заряда протона соответственно. Пусть плотность вращающихся валентных кварков в нашем ядре такая же, как в нуклоне. Напомним, что каждый нуклон содержит три валентных кварка: протон состоит из двух и-кварков и одного d -, а нейтрон – из одного и – и двух d – кварков.
Поскольку массы и -и d– кварков (4 и 7 МэВ) существенно меньше их полной энергии в нуклоне Е = М^/З, кварки в нуклоне – релятивистские.
Если действовать с этими кварками по известным в релятивистской механике рецептам (см. ниже), нетрудно получить, что "кварковый" флюкс должен иметь радиус г* около 10 фм. То есть следует ожидать, что он во всяком случае находится в пределах радиуса обычного атомного ядра. При этом линейную плотность частиц в кварковом хороводе т)* получаем около 10 см' . Отсюда также следует, что на длине, равной диаметру нуклона, мы имеем около 30 вращающихся бозонов (пар кварков). Причем положительно заряженные пары должны вращаться в одну сторону, отрицательные – в другую.
Радиус кваркового флюкса
Импульс Р релятивистских кварков близок к их полной энергии Е = "(М. Поэтому модуль момента импульса вращающегося кварка (или пары кварков) Рг = )Мг = Ich, то у/1 – eh/Mr = (ch/e*2).(e^/M)/r = r^/"*r, где Ot* = (e*^/ch) – известная в электродинамике постоянная тонкой структуры, которая при е* равном заряду электрона равна 1/137.
Теперь, подставив в ф2 предыдущего раздела найденное выражение для у/1, получим изумительно простую формулу, полезную для наших дальнейших оценок:
1 2а*П1*=1 фЗ
–исло вращающихся пар кварков т)* в цилиндре с единичной длиной, с радиусом г* и с объемом яг*^ определим как (3/2)лг*^/(4тс-г^/3), здесь г^ – радиус нуклона, коэффициент (3/2) учитывает, что в нуклоне 3 валентных кварка, которые в цилиндре объединились в "куперовские" пары, в знаменателе – объем нуклона.
Таким образом, т)* " г^/г^. Подставив т)* в фЗ, после простых преобразований получим:
1 г* " г^(2а*)-^ ф4
Из ф4 следует, что радиус "кваркового флюксоида" г* слабо – как корень кубический – зависит от величины а* (и от числа кварковых пар). Это означает слабую зависимость
оцениваемой величины г* от параметров нашей модели, то есть от того, какие именно кварки и в каком количестве объединяются в "куперовские" пары (кварки – фермионы со спином 1/2). Слабая модельная зависимость оценки г* – настоящий подарок природы, поскольку мы можем считать найденную оценку радиуса кваркового вихря верной "при любых условиях".
Подстановка в ф4 г^ = 1,5-10"^ см = 1,5 фм и о* = 1/137 дает г* = 6 фм. Если взять суммарные заряды (в единицах заряда протона) пар кварков 2/3 (для двух d – кварков) и 4/3 (для двух и – кварков), соответственно получим г* около 8 и
5 фм.
Учитывая заведомую грубость нашего расчета, для дальнейших оценок отдадим предпочтение "лучше запоминающейся" цифре 5 и положим г* = 5 фм. К тому же, эта цифра соответствует rq – флюксам из самых легких и – кварков – ги флюксам. Их, повидимому, больше всего в окружающей нас природе, поскольку основное вещество Космоса – водород (а водород это протоны, и в них и – кварков вдвое больше, чем d кварков).
Разнообразие флюксов. Как мы видели, флюксы могут отличаться друг от друга по составу частиц – мы уже рассмотрели re-, rd-, и ru– флюксы. В настоящее время известны
6 сортов (или, как говорят физики, 6 ароматов) кварков. И столько же антикварков. Известны также сотни комбинаций кварков – сильно взаимодействующих друг с другом частиц – адронов, которые могли образовывать стабильные оболочки флюксов в ранней "горячей" Вселенной. Кроме того, флюксы могли быть построены из разнообразных (бесчисленных!) комбинаций этих и многих других (в том числе еще не открытых) частиц. И все эти реликтовые флюксы могли сохраниться до наших дней, создавая богатое разнообразие невидимых для нас форм линейной материи. Есть ли у них общие черты? Есть – очень малый радиус.
Ранняя "горячая" Вселенная по оценкам теоретиков характеризовалась чудовищной плотностью материи. Это должно было привести к громадным значениям числа вращающихся на единице длины флюкса частиц ц* и, по фЗ, к очень малым радиусам реликтовых флюксов.
Пространство и время. Выделим в развитии Вселенной два характерных периода – "планковский" и "нормальный".
На самой границе наших познаний – в "планковский" период – Вселенная наполнялась неведомыми нам частицами с гигантскими массами. В этот период, как считают теоретики, радиус частиц возникшей Вселенной был порядка так называемой планковской длины 10'^см, энергия частиц была порядка известной планковской массы 2-10 ^г= 2-10'^ ГэВ, а плотность могла достигать планковской плотности 10^9^.
Все вышеприведенные "планковские" характеристики следуют из элементарных соображений: пусть две частицы с одинаковыми планковскими массами m сближаются до планковского радиуса r == h/mc (комптоновская длина волны планковской массы) под действием ньютоновой силы гравитации Gm^/i^, здесь G – известная гравитационная постоянная. Если при этом выделится энергия тс^ = Gm^/r, то сразу же получаем планковские r = (Gh/c^)^, m = (hc/G)^ и планковскую плотность m/r^.
В "планковской" Вселенной число вращающихся на единице длины флюкса гипотетических однозарядных частиц п* могло быть порядка куба обратной величины планковской длины (Ю^см''), и (по фЗ) радиус "первичных" флюксов мог составлять величину 10'^см.
Если тяжелые магнитные pt – монополи (Полякова-r'Xo– офта) рассматривать как разрыв "планковского" флюкса уже в несколько остывшей Вселенной, о которой мы знаем побольше, чем о "планковской", то через 10'" секунды при энергии частиц 10^ ГэВ получается радиус монополя (и флюкса) порядка 10'^ см. Вихревая оболочка флюкса такого радиуса может состоять из сверхтяжелых лептокварков – из так называемых Х– и Y– бозонов.
Повидимому, именно в "планковский" период зарождается вихревая губка (или совокупность "вложенных" друг в друга губок), представляющая собой пространственно – временной каркас нашего физического вакуума. По крайней мере, начиная именно с этого момента развития Вселенной мы (и современная наука) можем говорить о появлении столь привычного нам пространства и времени.
Причем время в нашей модели просто отражает некий текущий по флюксам "поток информации", который, как легко видеть, неразрывно логически связан с понятием "расширения Вселенной", с постоянным изменением первичной – "планковской" губки. Пространство и время друг от друга неотделимы (этот факт отражен в четырехмерном формализме теории относительности Пуанкаре – Минковского, где используют пространство с тремя обычными осями координат и с "необычной" четвертой осью временем),
Радиус флюксов пространственно временной "планковской" губки исчезающе мал (см. выше) и современными методами пока не разрешается. Поэтому и пространство и время воспринимаются нами как непрерывные и однородные среды, причем пространство еще и изотропно (его свойства не зависят от угла наблюдения).
Напомним, что из свойств пространства-времени следуют основополагающие физические законы: из однородности времени – закон сохранения энергии; из однородности пространства – закон сохранения импульса; из изотропности пространства – закон сохранения момента импульса. Темная материя. -ерез 10'^ секунды после возникновения, когда температура расширившейся Вселенной снизилась до Ю^К (а энергия частиц – до 1 ГэВ), наступил "нормальный" период: плотность Вселенной все еще была почти на порядок выше ядерной плотности – 10^ г/см^, но продолжала быстро снижаться (современные атомные ядра – это как бы "капельки пара" от тогдашнего "застывавшего" вещества).
В это время число вращающихся на единице длины флюкса частиц т* могло быть на три порядка больше, а радиус тех же ru – флюксов – на три порядка меньше, чем сейчас. Он мог составлять 10'^ см (это характерный радиус так называемого слабого взаимодействия).
Начиная с этого времени Вселенная приобретает знакомые нам черты, наполняется уже известными частицами, и ее дальнейшее развитие удается как-то расчитывать.
В этот "нормальный" период могла рождаться так называемая темная материя, составляющая по расчетам теоретиков более 90% массы Вселенной и состоящая, по нашему мнению,
из флюксов "нормального" периода – преимущественно из ru – флюксов, к свойствам которых мы и переходим.
Свойства кварковых ru-флюксов
Любители физики могут теперь поупражняться – самостоятельно определить важнейшие свойства кварковых флюксов из легчайших и потому самых распространенных и– кварков. Другие типы флюксов мы рассматривать не будем: уже только одни ru– флюксы позволят нам разобраться чуть ли не во всех известных чудесах природы.
Задача 1: Оцените магнитную индукцию и энергию магнитного поля в кварковом ru– флюксе. Решение. Поскольку радиус ru– флюкса г* = 5 фм, то индукция В = Н = Ф^сг*2 = З-Ю^Гс = 3-10" Тл. Известно, что плотность энергии магнитного поля и = Н^/8т1. Следовательно, энергия магнитного поля на единице длины флюкса U = пт*^и = 2-10'^ ГэВ/см или около 300 Дж/см.
Энергия магнитного поля на длине ru-флюкса, равной диаметру нуклона (3 фм) – около 0,6 ГэВ. Или 20 МэВ на один вращающийся бозон.
Отметим, что все полученные величины сильно (квадратично) зависят от г* и точность наших оценок невысока.
Задача 2: Оцените массу единицы длины кваркового флюкса.
Решение. По известной энергии единицы длины магнитного поля флюкса U по формуле Эйнштейна сразу же оценим массу единицы длины флюкса т* = U/c^ Она будет порядка 10" ГэВ-см^ ^ 10'" г-см"' = 0,01 нг-см"'. В связи с полученным результатом отметим, что один стандартный монополь Полякова-т'Хоофта имеет массу такую же, как несколько десятков метров ru-флюкса.
Задача 3: Оцените электрический заряд единицы длины ru– флюкса.
Решение. Пусть число избыточных зарядов е* на единице длины флюкса п**. Напряженность электрического поля
на поверхности флюкса как всякого заряженного цилиндра Е** = 2п**е*/г*. Е** не должна сильно превысить напряженность поля на поверхности обычных сферических ядер, поскольку в противном случае в физическом вакууме начинают рождаться пары электрон-позитрон, и образующиеся заряды нейтрализуют избыточный заряд нашего флюкса.
У сферических ядер с зарядом ядра порядка ста элементарных зарядов е, радиус порядка 10 фм. Напряженность электрического поля на поверхности такого тяжелого сферического ядра порядка 10^ (ед.СГСЕ). Полагая такой же Е** и е* =е, найдем п" = 3-10" см-' = 0,3^*. Следовательно, заряд единицы длины кваркового флюкса т**е* вполне может быть порядка 1,5 -10^ ед.СГСЕ /см = 0,5 Кл/км.
Задача 4: Оцените энергию захвата ru– флюксом электрона, а также внутренний радиус электронной оболочки флюкса – гипотетического "линейного" (цилиндрического) атома.
Решение. Равенство центробежной силы релятивистского вращающегося электрона (с массой М) "^^ М/г и силы его электростатического притяжения 2тп**е*е/г дает: у^М = 2п**е*е. Напомним, что так называемый лоренц-фактор ^= (1– р^)~^, а относительная скорость р= v/c. При Р близком к 1 получим полную энергию электрона Е = -уМ "2п**е*е"5 МэВ. То есть у" 10. Это энергия электрона на основной внутренней оболочке цилиндрического атома.
Радиус электронной оболочки, как обычно, найдем из квантованного момента импульса электрона: Рг = lhc, орбитальное квантовое число 1 = 1,2,3,.... Поскольку для релятивистского электрона Р==Е,г=1сЬ/Е=1г^/ау="1-30 фм == 61г*. Здесь г^ = е^/М – так называемый классический радиус электрона, "=e^/ch== 1/137 – известная в электродинамике постоянная тонкой структуры. Для основной (внутренней) – ближайшей к "цилиндрическому ядру" электронной оболочки 1 = 1 и r " 30 фм.
Внимание! Оценивая электромагнитные характеристики линейного (цилиндрического) атома, мы вышли за пределы действия классической электродинамики.
Обычно считается, что электродинамика хорошо "работает" до расстояний порядка комптоновской длины волны электрона (X. = hc/M == r^/cx = 3,8-10'" см, точнее – 385 фм).
Но оправдываются на практике и поэтому используются расчеты и на существенно меньших расстояниях: например, законом Кулона пользуются при оценках электромагнитных характеристик атомных ядер (расстояния порядка 1 фм).
Важное следствие: из решения задачи 4 следует, что уже при минимальном радиусе электронной оболочки и при числе электронов на единице длины кваркового флюкса т)** = 0,3 п* мы можем иметь около кваркового флюксоида также электронный флюксоид с квантом магнитного потока теперь уже внутри электронной цилиндрической оболочки. Важные выводы:
1 ) Возможен электронный флюксоид около цилиндрического кваркового ядра или около квазицилиндрической цепочки из обычных ядер, причем внутри цилиндрического (квазицилиндрического) ядра не обязательно существование флюксоида (фЗ выполняется только для электронов). 2) Если внутри цилиндрического атома существуют одновременно кварковый (ядерный) и электронный флюксоиды, то они могут "самозамыкаться", так что снаружи цилиндрического атома магнитного поля не будет. Назовем такую систему – цилиндрический атом с замкнутым магнитным полем флюксоном.
Образование флюксонов – способ монополей надежно спрятать свое магнитное поле и замаскироваться от экспериментаторов.
Задача 5: Какую энергию нужно затратить и какую силу нужно приложить к линейному атому (вдоль его оси), чтобы разорвать кварковый ru– флюкс на две части? Решение. При разрыве цилиндрического ядра линейного атома у нас образуются два магнитных полюса – два дираковских монополя (монополь и антимонополь). Энергии одиночных магнитных полюсов, по оценке Дирака
2,4 ГэВ. Значит, энергия разрыва флюкса Е порядка энергии (массы) двух образующихся d– монополей – около 5 ГэВ.
Магнитное поле возникших полюсов полностью сформируется, когда расстояние между ними будет порядка диаметра флюкса d == 2 г* " 10 фм. Отсюда получаем оценку разрывающей силы F == E/d " 10'° дины = 10^ Н = 10 тонн. Отметим, что энергия магнитного поля ru– флюкса (см. задачу 1 этого раздела) на длине d^ около 2 ГэВ, что по порядку величин, как и следовало ожидать, согласуется с энергией разрыва Е^ Задача 6: Какую энергию нужно затратить, чтобы согнуть
ru-флюкс в "бараний рог" (в частности – в кольцо)? Решение. Если соединить концы флюкса (магнитные полюса), выделится энергия Е == 5 ГэВ. Следовательно, таков же масштаб энергии магнитного поля, согнутого в кольцо флюкса (магнитного тороида). Флюкс в виде замкнутого кольца будем далее называть флюоном. Флюон – это основательный способ упрятывания магнитного поля квазимонополей путем... их ликвидации. Задача 7: Какая сила необходима для сгибания ru– флюкса? Решение. Пусть мы уже имеем флюкс, согнутый в кольцо с радиусом R (флюон). Рассмотрим достаточно маленький элемент этого кольца длиной L, такой, что L " R иК = L/a, где ос – угол сгиба (в радианах) и он же– центральный угол, под которым дуга L видна из центра кольца. Полагая, что энергия сгибания флюкса в кольцо Е^ не зависит от радиуса кольца R (хотя бы при R"r*), получаем FД (L"/2)(27i/ot) = Е, где FД – направленная по радиусу кольца сила, сгибающая в дугу отрезок L, (Loc/2) – элемент пути, на котором сгибающая сила выполнила свою работу по сгибанию отрезка L, (2тс/а) число отрезков (элементов) L на длине кольца (для простоты будем их считать одинаковыми). Отсюда получаем оценку необходимой для сгибания отрезка L силы F^ = reE^/L.
–тобы читатель мог "почувствовать" величину этой силы, приведем результат простых оценок: чтобы "обернуть" нитью
кваркового флюкса атом (молекулу), нужна сила порядка 100 г = 1 мН!
Из последней цифры вытекает и поразительная жесткость линейной материи, "переплетенной" в трехмерную решетку с ячейками порядка размера атома.
Такая решетка, будучи "прозрачной" для атомов, способна выдерживать давление почти в миллиард раз большее, чем обычный кристалл (в кристалле для смещения атома достаточна сила порядка 1 мдин = 10 нН).
Отсюда же можно показать, что скорость распространения вдоль флюкса поперечных волн его упругих колебаний близка к скорости света.
Флюксы в веществе
Рождение, рост и размножение флюксов. Теперь мы знаем о кварковых флюксах достаточно, чтобы оценить их роль в окружающем нас мире. Но сначала припомним все известное о флюксах. Начнем с их рождения.
Физики считают, что наша Вселенная развивается путем непрерывного расширения (раздувания) из очень плотной и горячей точки – точки сингулярности [от лат. singularis – единичный, беспримерный].
В так называемую адронную эру (так называют начало "нормального" периода в развитии Вселенной, когда уже родились монополи Дирака, но в очень плотном горячем первичном веществе только начали формироваться протоны, нейтроны и другие известные частицы) своё магнитное поле монополи должны были полностью "упрятать" внутри флюксов, соединяющих монополи и антимонополи. Ведь магнитные монополи тогда просто плавали в "бульоне" из кварков и электронов и, естественно, не могли оставаться "голыми"!
Поскольку диаметр (около 10^ см) и другие свойства кварковых флюксов по нашим оценкам близки к свойствам обычных атомных ядер, ru– флюксы будем рассматривать как новую – линейную – разновидность атомных ядер. А окруженные электронами линейные ядра – вместе с их магнитозамкнутыми разновидностями – флюксонами и флюонами
как линейные атомы (диаметр электронной оболочки, как мы видели, около 10'" см).
Напомним, что линейная материя может существовать и без магнитных монополей – монополи нужны только как инициаторы возникновения флюксоидов. Кроме того, линейные ядра (и атомы) могут размножаться делением путем разрыва трубки флюкса, для чего нужна, как мы выше определили, сила порядка 10 тонн.
Флюксы также могут воссоединяться своими разнополярными полюсами: при "самозамыкании" – флюонизации – концов одного и того же кваркового флюкса образуется магнитное кольцо – флюон, а при "самозамыкании" электронного и ядерного флюксоидов также образуется магнитный тор, но сильно вытянутый вдоль своей оси – флюксон.
Кроме того, за счет электромагнитных сил флюксы могут присоединять к своим полюсам или к боковым поверхностям другие "линейные" или сферические (обычные) ядра, атомы и молекулы. Эту способность можно назвать "линейной" химией.
Но самое удивительное то, что возникнув, флюксы далее способны к неограниченному увеличению своей длины уже без участия монополей – за счет захвата своими концами (магнитными полюсами) атомных частиц.
Как мы уже знаем, ничто не запрещает флюксам захватывать атомы (сферические) и встраивать их электроны и кварки в оболочки цилиндрического атома с его кварковым ядром, увеличивая тем самым длину флюкса-"захватчика". В этом последнем случае мы имеем возможность безграничного удлинения кваркового флюкса в обычном веществе. Энергия и скорость роста флюксов. При захвате трех валентных кварков каждого нуклона должна выделяться энергия порядка энергии соответственно "удлиняющегося" магнитного поля ru– флюкса (60 МэВ, см. задачу 1 ). Если в ядре много нуклонов, то при их захвате можно ожидать выделения энергии порядка 1 ГэВ. Наиболее эффективен захват сферических ядер (или их нуклонов) на полюса флюкса, где меньше сила кулоновского отталкивания и больше сила магнитного притяжения к магнитному полюсу.
Задача: Оцените частоту захватов атомов магнитным полюсом флюкса.
Какая мощность при этом может выделяться? Решение. Полагая магнитный момент оболочки атома (иона) ц порядка магнетона Бора, а магнитный заряд полюса (квазимонополя) минимальным дираковским е " 70 е, найдем силу магнитного притяжения атомной частицы к полюсу F = 211 е /а^ "10 дины (10 наноньютонов), энергию Е = цН=це /а^="3-10 ^эрг=2эВ(Н-напряженность магнитного поля монополя на расстоянии а), ускорение F /т = 10^ см-с ^, время прохождения захваченной атомной частицы с массой m через монополь -10 ^ с и её скорость порядка 10^ см/с (10 км/с) при радиусе атомной частицы а = 10^ см и её массе порядка 10'^ г. "Падая" под действием магнитного притяжения на магнитный полюс (монополь или квазимонополь), атомная частица (ион) своим кулоновским полем увлекает свое атомное ядро. Ядро, как всякая заряженная частица в сильном магнитном поле, движется преимущественно по радиально сходящимся к центру полюса силовым линиям магнитного поля "как по рельсам" и неминуемо пройдет через его центр. В этом состоит механизм "самонаведения" ядра атомной час.тицы на магнитный полюс (монополь или квазимонополь).
Если магнитный полюс находится внутри или на поверхности плотного вещества с расстоянием между атомами порядка 10^ см, из-за указанного выше эффекта магнитного притяжения с "самонаведением" ядра в секунду может происходить порядка 10^ ядерных взаимодействий.
Выделение энергии около 1 ГэВ при захвате нескольких или даже всех нуклонов каждого взаимодействующего с монополем ядра в плотном веществе дает мощность порядка Ю^ГэВ в секунду или 10 кВт,
Отметим, что мощность такого же порядка будет выделяться и при эффекте Рубакова, характерном для "стандартных" pt-монополей.
Вопрос: С какой скоростью будет удлиняться ru– флюкс в плотном (обычном твердом или жидком атомном, молекулярном) веществе?
Ответ: При найденной выше частоте захватов атомов полюсом (ruмонополем) в плотном веществе скорость роста (удлинения кваркового флюкса) может достигать 10 см/с. Вопрос: С какой скоростью будет удлиняться ru– флюкс в веществе с ядерной плотностью (в ядерной материи)? Ответ: Возможно удлинение со скоростью порядка 100 км/с. Блокировка и активизация роста флюксов. Напомним, что магнитный полюс кваркового флюкса – ru– монополь – как магнитный "заряд" почти идентичен дираковскому (d-монополю). За исключением двух своих характеристик: ru– монополь имеет сравнительно большой радиус г* " 5 фм и, возможно, положительный электрический заряд. Всегда, правда, частично компенсированный близко расположенной около ядра электронной оболочкой.
Положительный заряд полюса флюкса может приостановить его рост из-за кулоновского отталкивания захваченных ru -монополем сферических (обычных) атомных ядер (или протонов) от электрически заряженного ядра флюкса.
Кроме того, как мы знаем, у флюксов возможно "самозамыкание" магнитных полюсов (флюонизация).
Бесполюсные флюон и флюксон могут практически не захватывать атомные ядра (разве только с их цилиндрической поверхности).
Монополь любого типа с полностью блокированной ядерной активностью назовем латентным монополем [latentis полатыни – скрытый, невидимый]. Очевидно, что латентные ru– монополи (квазимонополи) не обеспечивают роста своего кваркового флюксоида.
Теперь давайте на простых "мысленных" примерах посмотрим, как можно "родить" активные "свежие" ru– монополи, если мы имеем "закрепленный" в кристалле линейный атом.
Мысленно "закрепим" линейный атом, "обвивая" нитью флюкса обычные (сферические) атомы кристалла до получения пространственной сетки трехмерного (объемного) "кружева" из одного линейного атома.
Вопрос (предварительный): Оцените длину и массу флюкса, обвивающего (однократно) каждый атом в 1 куб. см кристалла.
Ответ: В одном кубическом сантиметре твердого тела содержится около 10^ атомов.
Обвивающая один атом петля должна иметь длину около 2тс-10'* см. Значит все петли должны иметь длину около 6.10^ см. Масса флюкса такой длины будет не менее 60 кг.
А если этот флюкс "вытянуть" в длину, то полученное гигантское (6.10'^ см) расстояние свет будет преодолевать почти двое суток! А чтобы протянуть наш флюкс от Земли до не самого близкого к нам Сириуса, достаточно "отмерить" примерно полтонны "линейного атома", клубок которого можно поместить в кристалле размером с редиску! Вопрос основной: Если ударить молотком по нашему кубику с кружевом из ru-флюкса так, чтобы он раскрошился на мелкие части, то сколько ruмонополей может образоваться? Для простоты полагаем, что вся энергия идет на разрывы ru– флюкса.
