Введение к работе
Актуальность работы. Гипотеза о существовании магнитных монополей - частиц, обладающих магнитным зарядом, была высказана П. Дираком шестьдесят лет назад. Решая задачу о движении частицы с электрическим зарядом в поле изолированного магнитного заряда, он пришел к выводу, что уравнение движения заряженной частицы оказывается непротиворечивым, если величі шы электрического (е) и магнитного (g) зарядов связаны соотношением:
e-g = n-'n-c/2 ,
где п - целое положительное или отрицательное число. В случае существования магнитного монополя нашло бы естественное объяснение наблюдаемое в природе квантование электрического заряда. При n = 1 заряд магнитного монополя равен:
g = е/2-сС = 68І е,
а это означает, что ионизационные потери релятивистского монополя должны в 4700 раз превышать потери частиц с минимальной ионизацией. Это свойство может служить отличительным признаком монополей при их экспериментальном поиске.
В 1974 году т' Хуфт и независимо Поляков показали, что магнитные монополії с необходимостью возникают в широком классе теорий великого объединения. В этих теориях фиксируется не только заряд, который совпадает с зарядом монополя Дирака, но и масса частицы:
тм = Шх/^х-
где mx - масса объединения, а оСх - электромагнитная константа при энергии, соответствующей масштабу объединения. В наиболее популярных теориях великого объединения масса магнитного монополя оказывается равной (10* - 101' ) Гэв. Столь большая масса монополя заставляет по новому взглянуть на процессы рождения и на возможности наблюдения этих частиц в экспериментах. Очевидно, что частицы с такой массой могли рождаться только на ранней стадии образования вселенной. С другой стороны, несмотря на огромную кинетическую энергию (1(ги - 10 1 ) эВ, которую мо-нополи могли приобрести в галактических магнитных полях, их скорость оказывается весьма малой (10"^ - 10 ) с. В таком случае малая скорость может играть роль определяющей характеристики магнитного монополя.
Еще одно свойство сверхтяжелых магнитных монополей, предсказанное ВАРубаковым в 1981 году, представляет интерес для экспериментов по поиску этих частиц. Предсказывается," что, в присутствии монополя, с заметной вероятностью происходят процессы с нарушением барионного числа.
Таким образом, обнаружение магнитных монополей с предсказанными свойствами могло бы служить прямым экспериментальным подтверждением справедливости теории великого обьединешія.
Цель работы. Осуществить поиск сверхтяжелых магнитных монополей, используя работающую установку большой площади - Бак-санский подземный сцинтилляционньш телескоп, и получить новое экспериментальное ограничение на природный поток этих частиц в случае отрицательного результата.
Новизна работы. Впервые для поиска магнитных монополей использован метод, который позволяет одновременно измерять иони-
зацию, производимую частицами, время пролета частиц и форму импульса, создаваемого частицами в счетчиках. Работа выполнена на многоцелевом детекторе рекордной эффективной площади параллельно с другими экспериментальными программами. Полученное огранігчение на поток магнитных монополей находится ниже наиболее надежных астрофшических ограничений.
Научная значимость работы. Разработана и внедрена методика регистрации медленных ионизирующих частиц в диапозоне скоростей (2-10 - КГ* ) с. Рекордное ограничение на поток магнитных монополей получено при минимуме предположений о свойствах магнитных монополей. Кроме того данное ограничение справедливо для любых медленно движущихся ионизирующих частиц с магнитным или электрическим зарядом.
Основные положения выносимые автором на защиту.
-
Баксанский подземный сцинтилляционный телескоп является наиболее эффективным инструментом для поиска сверхтяжелых магнитных монополей среди существующих ныне детекторов.
-
Метод регистрации медленно движущихся ионизирующих частиц, основанный на одновременном измерении ионизации, времени пролета и формы импульса.
-
Электронная система выделения медленных ионизующих частиц позволяет с высокой эффективностью регистрировать эти частицы.
-
Метод анализа событий зарегистрированных Баксанским подземным сцинтилляционным телескопом при поиске медленно движущихся частиц.
-
Ограничение на поток сверхтяжелых магнитных монополей и других гипотепгческих, медленных ионизирующих частиц.
Апробация работы . Результаты и выводы, содержащиеся в диссертации, обсуждались на Международных конференциях по физике космических лучей 18-ой ( Бангалор, 1983 ), 19-ой ( Лахойя, 1985) и 21-ой (Аделаида, 1990), на международных симпозиумах по подземной физике в СССР (Баксанская долина, 1987 ) и в Италии (Л'Акуила, 1989), на Международном семинаре "Кварки - 84" (Тбилиси, 1984), на научной сессии отделения ядерной физики АН СССР в 1983 году, а также на семинарах отделов БНО и ЛВЭНА ИЛИ АН СССР.
Публикации и объем работы. Основные результаты диссертации опубликованы в шести работах. Диссертация состоит из введения , трех глав и заключения , содержит 89 страниц текста, включая 14 рисунков, две таблицы и список литературы из 66 наименований.
