В.В. Сидоренков, МГТУ ім. Н.Е. Баумана
В рамках гіпотези монополя Дірака встановлений магнітний заряд електрона, тотожно рівний кванту магнітного потоку, спостережуваного в умовах надпровідності. На цій основі зроблено висновок про те, що всі мікрочастинки володіють у сукупності як електричним, так і магнітним зарядами, які в ізоляції один від одного в Природі не існують, при цьому спін мікрочастинок є результатом електромагнітного взаємодії цих власних зарядів.
В фізиці відомий ефект квантування магнітного потоку [1] - макроскопічне квантове явище, що складається в тому, що магнітний потік через кільце з надпровідника з електричним струмом може приймати лише строго дискретні значення, кратні мінімальній величині 2,07.10-15 Вб (Вебер) - кванту магнітного потоку. Зазначений фізичний феномен був передбачений у 1948 році Ф. Лондоном [2], який теоретично отримав для кванта магнітного потоку співвідношення, де h - постійна Планка, е - заряд електрона. Однак пізніше (1961 р.) експериментально встановлено [3, 4] вдвічі менше значення цього кванта:, що загальноприйнято вважати об'єктивним безпосереднім підтвердженням основної ідеї створеної на той час мікроскопічної теорії надпровідності [1].
Згідно цієї теорії, надпровідний стан кристала обумовлено фазової просторово-часової когерентністю носіїв струму у вигляді квазічастинок Бозе-конденсату, утворених електрон-фононною взаємодією просторово рознесених пар електронів провідності (Купера ефект [1]), що володіють нульовим спіном і зарядом, рівним подвоєному заряду електрона. Саме просторове парне взаємодія електронів провідності (куперовських пар 10-6 м) фізично реалізує явище надпровідності, оскільки в процесі електропровідності В«ЗіткненняВ» окремого електрона з іонами кристалічної решітки не здатні змінити сумарного механічного імпульсу його електронної пари (її центра мас).
Аналіз ефекту квантування магнітного потоку почнемо з дослідження базової в теор
ії електрики теореми Гауса [5], що описує електричну поляризацію матеріального середовища, представленої як в диференційній, так і в інтегральній формах. Тут - Поле вектора електричної індукції (зміщення), обумовлене відгуком середовища при впливі на неї поля вектора - електричної напруженості; - абсолютна електрична проникність, - об'ємна щільність стороннього електричного заряду. Однак слід мати на увазі, що рівність нулю стороннього заряду, відповідно, його електричного потоку аж ніяк не означає відсутність електричного поля в цій області простору, оскільки електричні заряди бувають позитивними і негативними, і зазначене поле може створюватися електронейтральності джерелами, наприклад, електричними диполями, за допомогою яких реалізується процес поляризації. Така властивість електростатичного поля якісно відрізняє його від ньютонівського поля тяжіння, там джерела цього поля - гравитирующих мас мають лише один знак.
Отже, рівняння описує поляризацію локально електронейтральної () середовища, звідки з урахуванням тотожності векторного аналізу отримаємо фундаментальне наслідок теореми Гауса:, де - векторний електричний потенціал. У інтегральної формі це співвідношення описує функціональну зв'язок циркуляції поля вектора по замкненому контуру з потоком вектора електричної індукції через що спирається на цей контур поверхню, на якій, згідно фізиці явища поляризації, индуцирован породжує це поле електричний поляризаційний заряд:
, (1)
n - Цілі числа. Таким чином, маємо тотожну симетрію розмірностей потоку вектора поля електричної індукції (зміщення) і електричного заряду: електричний потік - [] - електричний заряд. При цьому квант електричного заряду - електрон може бути тотожно представлений квантом електричного потоку:.
Повністю слідуючи логіці вищенаведених міркувань при аналізі зв'язку квантів електричного заряду і потоку його поля, перейдемо тепер власне до аналізу ефекту квантування магнітного потоку. Для цього скористаємося співвідношенням, описує результат магнітної поляризації матеріального середовища, яке часто не цілком виправдано називають теоремою Гауса для магнітного поля, у вигляді його прямого математичного слідства:, де - векторний магнітний потенціал, а - вектор поля магнітної індукції. Інтегральна форма даного співвідношення описує функціональну зв'язок циркуляції вектора по контуру з потоком вектора індукції через спирається на цей контур поверхню, на якій, згідно з нашим припущенням, индуцирован породжує це магнітне поле гіпотетичний магнітний поляризаційний заряд:
. (2)
Таким чином, маємо тотожну симетрію розмірностей вектора поля магнітної індукції та поляризаційного магнітного заряду (якщо такий існує): магнітний потік - [] - магнітний заряд. А оскільки величина кванта магнітного потоку однозначно встановлена ​​в експериментах [3, 4], то, згідно із співвідношенням (2), квант магнітного заряду тотожне визначиться квантом магнітного потоку:. У цьому зв'язку доводиться констатувати, що позитивні результати експериментів зі спостереження кванта магнітного потоку в роботах [3, 4] безумовно, є фізичним відкриттям магнітного заряду і величини його кванта.
речі, саме це питання є центральним у цьому дослідженні. Головна тут завдання - це незалежним шляхом аналітично довести об'єктивність нерозривному зв'язку і рівноправного єдності сутнісне різних зарядів у вигляді співвідношення «», отриманого нами при аналізі експериментів зі спостереження ефекту квантування магнітного потоку [3, 4].
Нагадаємо, що гіпотеза про можливість існування магнітного монополя - частинки, володіє позитивним чи негативним магнітним зарядом, аналогічним електричномузаряду, була висловлена ​​П.А.М. Діраком (1931г.) з метою концептуального обгрунтування симетричної квантової електродинаміки, саме цю частку і називають монополією Дірака [1, 6]. Однак монополь Дірака не тільки експериментально невловимий, але й теоретичні побудови з цього питання не дозволяють навіть за порядком величини визначити ще один важливий параметр магнітного заряду - масу його носія. Справедливості заради відзначимо, що і маса електрона також не встановлюється справжніми теоріями, будучи експериментальним фактом. І все ж якихось фізичних законів і очевидних логічних заперечень проти ідеї існування магнітних монополів немає, а тому протягом вже багатьох десятиліть інтерес до цієї фізично актуальною проблемі не слабшає.
Ось і ми уявімо собі, що поряд з реально спостерігаються позитивними і негативними електричними зарядами, породжують у просторі електричне кулоновское поле [5], в Природі, можливо, існують і вільні магнітні заряди - джерела магнітного поля, що відповідає закону Кулона взаємодії нерухомих точкових зарядів. Звичайно, тут треба мати на увазі, що багаторічні наполегливі пошуки вільних магнітних зарядів залишаються безуспішними, проте закон Кулона магнітної взаємодії в експерименті дійсно спостерігається, але тільки для магнітних полюсів на кінцях довгих намагнічених спиць.
Для фізико-математичного моделювання ефекту квантування магнітного потоку розглянемо взаємодію постійного в часі електричного струму з магнітним статичним полем, створеним передбачуваними поляризаційними магнітними зарядами. Конкретно, проведемо аналіз поведінки елементарного електричного заряду - електрони «» при його русі з постійною по модулю швидкістю ортогонально силовим лініям однорідного статичного поля магнітної індукції. Згідно теорії електрики [5], взаємодія рухомого електричного заряду з магнітним полем реалізується за допомогою магнітної складової сили Лоренца, що повідомляє частці доцентрове прискорення (- маса електрона), що приводить до руху заряду по колу радіуса. Тоді момент імпульсу електрона запишеться у вигляді. Однак, тут важливо те, що згідно принципам корпускулярно-хвильового дуалізму матерії [7] момент імпульсу мікрочастки квантів, коли, де - ціле число довжин хвиль де Бройля частинк...
