Неуловимые магнитные монополи могут прятаться высоко-высоко над нами, говорится в новом исследовании

Где-то в космосе есть физический эквивалент единорога. Даже мельком увидеть эту странность, которая выглядит как изолированный наконечник магнита, было бы подобно маяку в ночи, указывающему путь к великим, объединяющим теориям абсолютно всего.

Но за одним крошечным исключением в начале 1980-х никто не видел ничего, что хотя бы отдаленно напоминало легендарного зверя физики элементарных частиц, магнитный монополь.

Конечно, физики могли просто искать их не в тех местах. Новый анализ, проведенный международной группой исследователей, сократил места для поиска, смоделировав создание магнитных монополей в хаосе столкновений высоко в атмосфере.

В их работе используются результаты высокочувствительных экспериментов, которые уже ищут признаки. магнитных монополей в столкновениях частиц в мощных ускорителях, предполагая, что они также обнаружили бы те же подсказки, сыплющиеся дождем из столкновений выше.

Моделируя образование магнитных монополей в осколках атомов, разорванных космических лучей, команда может с уверенностью установить некоторые жесткие ограничения на количество энергии, необходимое для их создания.

Это не совсем захватывающее объявление о существовании частицы, которое мы хотели бы сделать, но так работает наука. И, честно говоря, его открытие стоило бы ожидания.

Если магнитные монополи — это единороги, то электрические заряды — это лошади. Они трудолюбивы, их легко найти, и никто не станет спорить с тем, что их не существует.

Выводя уравнения электромагнетизма в XIX веке, шотландский математик Джеймс Клерк Максвелл смоделировал движение электрона. отрицательный заряд. Отсюда мы получаем электрические токи и притяжение и притяжение магнитного поля.

Дело в том, что мы также можем поменять местами элементы этого уравнения и использовать магнитный эквивалент отрицательного заряда. Магнитный монополь. Любопытно, что те же самые уравнения теперь показывают, как движущиеся магнитные поля индуцируют электрические токи.

Физика построена на основе подобных симметрий, хотя сама по себе она может быть просто тенью, отбрасываемой математикой, мало что делающей. чтобы доказать, что магнитный монополь действительно существует.

Только на заре квантовой физики теоретик Поль Дирак переосмыслил эту симметрию в новом свете, рассуждая с помощью более сложных средств, что если бы существовал единственный магнитный монополь во Вселенной электрические заряды должны иметь дискретные размеры.

Тот факт, что заряды действительно «квантуются», опять же ничего не доказывает. Но мало-помалу, по мере развития квантовых теорий поля, ничто еще не исключало существование магнитного монополя.

Фактически, в 1970-х годах, когда физики начали понимать, что квантовые поля стали неразличимы при достаточно высоких энергии, стало ясно, что возникнет волна, которая для всех целей будет вести себя точно так же, как магнитный монополь.

Полвека спустя охота на этого единорога физики продолжается в надежде, что, возможно, — если мы его поймаем — у нас также будут подсказки о том, как физика могла бы возникнуть из единого, высокоэнергетического теория.

По большей части, несмотря на долгие поиски, этот поиск не дал результатов. Единственная вспышка в эксперименте в Стэнфорде на короткое время вызвала споры, но без особого повторения с тех пор она рассматривается как «лишь одна из тех вещей», которые происходят в науке.

Большинство поисков было сосредоточено на отсеивании магнитных монополей, которые могли бы были созданы в печах ранней Вселенной. Но модели, объясняющие их создание, разочаровывающе скудны в деталях, а это означает, что мы можем лишь рискнуть предположить, как они будут выглядеть.

Ускорители частиц могут вытолкнуть один из них из тьмы, но только если магнитные монополи могут создаваться из относительно низких энергий. И даже тогда, только когда работает ускоритель.

Космические лучи, с другой стороны, всегда выбрасывают на поверхность потоки жира, экзотических частиц, многие из которых имеют энергии, которых коллайдеры еще не могут достичь. .

Если в будущем один из них выпустит достаточно толстый магнитный монополь, нам нужно быть начеку. Согласно результатам этого исследования, такие эксперименты, как нейтринная обсерватория IceCube на Южном полюсе, могут стать разумной ставкой для их обнаружения, если они обладают достаточной массой.

В физике не так уж много уголков физики в конце концов, единорог может спрятаться.

Это исследование было опубликовано в Physical Review Letters.