МАГНИТНЫЙ МОНОПОЛЬ

МАГНИТНЫЙ МОНОПОЛЬ. Законы природы обнаруживают большую степень подобия между электрическим и магнитным полями. Уравнения поля, установленные Дж. Максвеллом, одни и те же для обоих полей. Имеется, однако, одно большое различие. Частицы с электрич. зарядами, положительными и отрицательными, постоянно наблюдаются в природе, они создают в окружающем пространстве кулоновское электрич. поле. Магнитные же заряды, ни положительные, ни отрицательные, никогда не наблюдались по отдельности. Магнит всегда имеет два равных по величине полюса на двух своих концах - положительный и отрицательный, и магнитное поле вокруг него есть результирующее поле обоих полюсов.

Законы классич. электродинамики допускают существование частиц с одним магнитным полюсом - магнитных монополей и дают для них определённые уравнения поля и уравнения движения. Эти законы не содержат никаких запретов, в силу к-рых М. м. не могли бы существовать.

В квантовой механике ситуация несколько иная Непротиворечивые уравнения движения для заряженной частицы, движущейся в поле М. м., и для М. м., движущегося в поле частицы, можно построить только при условии, что электрич. заряд е частицы и магнитный заряд n М. м. связаны соотношением:

en = 1/2nhc, (*) где h - Планка постоянная, с - скорость света, а п - положительное или отрицательное целое число. Это условие возникает вследствие того, что в квантовой механике частицы представляются волнами и появляются интерференционные эффекты в движении частиц одного типа под влиянием частиц другого типа. Если M/ м. с магнитным зарядом n существует, то формула (*) требует, чтобы все заряженные частицы в его окрестности имели заряд е, равный целому кратному величины hс/2n. Т. о., электрич. заряды должны быть квантованы.

Но именно кратность всех наблюдаемых зарядов заряду электрона является одним из фундаментальных законов природы. Если бы существовал М. м., этот закон имел бы естеств. объяснение. Никакого другого объяснения квантования электрич. заряда не известно.

Принимая, что е - заряд электрона, величина которого определяется соотношением e²/hc =1/137, можно чз формулы (*) получить наименьший магнитный заряд n_о монополя, определяемый равенством n_о²/hс = 137/4. Т. о., до значительно больше е. Отсюда следует, что трек быстро движущегося М. м. в Вильсона камере или в пузырьковой камере должен очень сильно выделяться на фоне треков других частиц. Были предприняты тщательные поиски таких треков, но до сих пор М. м. не были обнаружены.

М. м.- стабильная частица и не может исчезнуть до тех пор, пока не встретится с другим монополем, имеющим равный по величине и противоположный по знаку магнитный заряд. Если М. м. генерируются высокоэнергичными космическими лучами, непрерывно падающими на Землю, то они должны встречаться повсюду на земной поверхности. Их искали, но также не нашли. Остаётся открытым вопрос, связано ли это с тем, что М. м. очень редко рождаются, или же они вовсе не существуют, п. А. М. Дирак.

От редакции. Гипотеза о возможности существования М. м.- частицы, обладающей положительным или отрицательным магнитным зарядом, была высказана П. А. М. Дираком (1931), поэтому М. м. называют также монополем Дирака.

Лит.; D i г а с Р. А. М., Quantised singularities in the electromagnetic field, "Proceedings of the Royal Society", Ser. A, 1931, v. 133, № 821; Д э в о н с С., Поиски магнитного монополя, "Успехи физических наук", 1965, т. 85, в. 4, с. 755 - 60 (Дополнение Б. М. Болотовского, там же, с. 761-62); Ш в и н г е р Ю., Магнитная модель материи, там же, 1971, т. 103, в. 2, с. 355-65; Монополь Дирака. Сб. ст., пер. с англ., под ред. Б. М. Болотовского и Ю. Д. Усачева, М., 1970.

МАГНИТНЫЙ ПОЛЮС,

участок поверхности намагниченного образца (магнита), на к-ром нормальная составляющая намагниченности J_n отлична от нуля. Если магнитный поток в образце и окружающем пространстве изобразить графически с помощью линий индукции магнитного поля, то М. п. будет соответствовать месту пересечения поверхности образца этими линиями (см. рис.). Обычно участок поверхности, из к-рого выходят силовые линии, наз. северным (N) или положительным М. п., а участок, в к-рый эти линии входят,- южным (S) или отрицательным. Одноимённые М. п. отталкиваются, разноимённые притягиваются. Если следовать аналогии с взаимодействием электрич. зарядов, то М. п. можно приписать отличную от нуля поверхностную плотность магнитных зарядов б_т= J_n, хотя в действительности магнитных зарядов не существует (см. Магнитный монополь). Отсутствие в природе магнитных зарядов приводит к тому, что линии магнитной индукции не могут прерываться в образце и у намагниченного образца наряду с М. п. одной полярности всегда должен существовать эквивалентный М. п. другой полярности. Для многих технич. целей используются магниты и электромагниты с большим числом пар М. п. (напр., в электрич. машинах постоянного тока).

В учении о земном магнетизме также рассматривают М. п. (см. Полюсы геомагнитные и Полюсы магнитные Земли). Стрелка магнитного компаса своим северным М. п. указывает направление на Сев. полюс Земли (точнее, на юж. М. п. Земли, к-рый расположен в Сев. полушарии), Южным полюсом - направление на Юж. полюс (сев. М. п. Земли).

Магнитное поле и полюсы (N и S) намагниченного стального стержня. Линиями со стрелками обозначены линии магнитной индукции (линии замыкаются в окружающем стержень пространстве).

Лит.: Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1971; Яновский Б. М., Земной магнетизм, [3 изд.], т. 1, Л., 1964.

МАГНИТНЫЙ ПОТЕНЦИАЛОМЕТР,

устройство для измерения разности магнитных потенциалов между двумя точками магнитного поля или магнитодвижущей силы по замкнутому контуру, к-рый охватывает проводники с током, создающие магнитное поле. Магнитный потенциал - условное понятие, т. к. в силу замкнутости силовых линий магнитного поля (отсутствия в природе магнитных зарядов) это поле не является потенциальным. Однако при технич. расчётах и измерениях часто пользуются понятием разности магнитных потенциалов (магнитного напряжения) U_магн между двумя точками поля, определяя U_магн как работу по перемещению единичного магнитного заряда между выбранными точками поля.

М. п. представляет собой индукционную катушку (катушку поля). Она имеет гибкий или жёсткий каркас (обычно плоский с постоянным сечением по длине), на к-ром равномерно намотана обмотка из тонкого провода (рис.). Концы обмотки присоединяются к измерителю, в качестве к-рого при измерениях в постоянных магнитных полях обычно применяют баллистич. гальванометр или микровеберметр, в переменных магнитных полях - вольтметр или осциллограф. Если такой М. п. находится в постоянном магнитном поле, причём его концы располагаются в точках с разными магнитными потенциалами, то магнитный поток, пронизывающий М. п.- потокосцепление потенциалометра, - пропорционален магнитному напряжению между его концами (U_магн). При удалении М. п. из поля, смыкании его концов или выключении поля происходит отброс стрелки баллистич. гальванометра, пропорциональный изменению по-токосцепления Ф. Измеряемое магнитное напряжение U_магн = Ф/k, где k - постоянная М. п. По величине U_магн рассчитывают среднюю напряжённость магнитного поля Н_СР между концами М. п.: H_ср = U_магн/l, где l - расстояние между фиксированными точками поля. Если М. п. замкнуть, охватив проводники с током, создающие магнитное поле, то измеренное ДФ пропорционально магнитодвижущей силе.

Схематическое изображение магнитных потенциалометров с катушкой поля: а - жёсткий дуговой потенциалометр, 6 - прямолинейный потенциалометр, в - потенциалометр на гибком каркасе (пояс Роговского). В - линии индукции магнитного поля.

М. п. можно измерять разности магнитных потенциалов (магнитодвижущую силу), начиная с 10^-3-10^-2а (в Международной системе единиц магнитодвижущую силу измеряют в ампер-витках или амперах).

Лит.: К и ф е р И. И., Испытания ферромагнитных материалов, М., 1969; Чечерников В. И., Магнитные измерения, 2 изд., М., 1969. И. И. Кифер,