Монополия на монополь

Если монополи и могли когда-то образовываться, то только в ранней Вселенной.
Художник Александр Астрин. "Результат". Источник: каталог выставки художников-графиков "Все в мире относительно", М., Политехнический музей, 2005 год

Авторитетный научный журнал Science сообщил оглушительную на первый взгляд новость. Сразу две группы физиков независимо друг от друга сумели обнаружить так называемый монополь – гипотетическую элементарную частицу, обладающую магнитным зарядом, которую ищут и не могут найти вот уже почти восемь десятков лет, с тех пор как в 1931 году гипотезу о ее существовании выдвинул знаменитый английский физик Поль Дирак. В отличие от обыкновенного магнита этот монополь имеет не два полюса – северный и южный, – а всего один.

Несмотря на то что магнит с одним полюсом может показаться совершеннейшим бредом, монополь прекраснейшим образом вписывается в физическую картину мира. Точнее, в одну из картин мира, каким мы его себе представляем. Поэтому экспериментальная находка монополя Дирака для физика означает то же, что для рыцаря – находка чаши Грааля, для библиофила – второго тома «Мертвых душ», для астронома – обнаружение разумной жизни на Марсе...

Увы, в данном случае чаша Грааля оказалась квазичастицей, а монополь – квазимонополем. Монополь Дирака – частица очень тяжелая, весит как амеба, ее ни на каком ускорителе не поймаешь. Между тем сообщения о ее обнаружении пришли от ученых, работающих в области физики твердого тела, изучающей не столько атом, сколько его связи с другими атомами.

Две группы – одна французская, из Гренобля, другая германская, из Берлина, – разными способами получили свои монополи, работая с кристаллом титаната диспрозия, материала с очень необычной кристаллической структурой, охлажденного почти до абсолютного нуля. Разумеется, они не утверждают, что это та самая неуловимая частица, просто им удалось добиться того, чтобы в кристаллической решетке материала возник некий дефект, который может перемещаться по кристаллу и вести себя как вполне реальная частица. И этот дефект вел себя так же, как частица с одним магнитным полюсом, и свойства этой как бы частицы, по словам ученых, вполне совпадали с предсказанными свойствами того самого монополя Дирака.

Квазичастиц в твердом теле обнаружено довольно много – есть фононы, магноны, плазмоны, и бог знает что еще. Все они ведут себя как реальные частицы с массой, зарядом и прочими физическими характеристиками. Самая известная из них – «дырка», дефект, заключающийся в отсутствии иона в одном из узлов ячейки. На так называемой электронно-дырочной проводимости основана работа транзистора, а значит, и работа практически всей современной электроники.

Академик Валерий Рубаков, к которому «НГ» обратилась за комментарием, заявил, что эти работы к монополю Дирака, конечно, никакого отношения не имеют.

«Это просто свойство кристаллической решетки, дефект, который напоминает то, что мы называем монополем Дирака, – пояснил он в беседе с корреспондентом «НГ». – В данном случае решетка представляет собой тетраэдр, четырехугольную пирамиду. В каждом узле этой пирамиды находится ион, причем у двух ионов спины (магнитные моменты) обращены внутрь пирамиды, а у двух остальных – наружу. Если теперь каким-нибудь образом спин одного из этих ионов повернуть на 180 градусов, тогда три будут «смотреть», скажем, внутрь и только один – наружу, и создастся впечатление, что в центре тетраэдра сидит монополь. Как любая квазичастица, такой квазимонополь может свободно диффундировать по кристаллической решетке и взаимодействовать с квазиантимонополем так же, как настоящий магнитный монополь взаимодействовал бы с антимонополем. С точки зрения физики твердого тела это, конечно, очень интересно, это новый тип возбуждений кристаллической решетки (правда, в очень специальных средах), вполне нетривиальный».

Корреспонденту «НГ» показалось, что Валерий Анатольевич немного раздражен этими работами по кристаллическому монополю – возможно, только потому, что в них был использован сам термин «монополь», в высшей степени «раскрученный бренд», способный привлечь внимание даже к тому, что внимания недостойно. В данном случае это, конечно, не так, однако в современной науке действительно все чаще используются элементы рекламы, иногда не очень-то добросовестной.

«Если монополи и могли когда-то образовываться, то только в ранней Вселенной, – продолжает академик Рубаков. – Только тогда были нужные температуры, нужные условия для их рождения. Вообще говоря, замечательно следующее. Если вы наивно будете «протягивать» развитие Вселенной до температур типа 1016 гигаэлектрон-вольт (то есть больше 1026 градусов! – «НГ-наука»), то вы предскажете колоссальное количество монополей, их получится гораздо больше, чем разрешено всеми экспериментами. Это еще раз указывает на то, что в действительности Вселенная была не просто все время горячей, а происходили разнообразные процессы типа инфляции. Инфляция – один из способов уменьшить количество магнитных монополей. Другими словами, температура ранней Вселенной была порой меньше, чем необходимо для образования монополей. И до сих пор экспериментально не подтверждается наличие этих монополей. А это было бы не менее интересное открытие, чем распад протона, если не более».

Напомним, что если протон вообще распадается, то он живет дольше, чем 1033 года – это много больше времени жизни Вселенной.