EXPÉRIENCES (PROJETS) - copie

SUJETS D’EXPERIENCES
AVEC UN FAISCEAU DE MONOPÔLES
par Georges Lochak
A) INTRODUCTION :
Je pense que rien n’est plus urgent, si l’on veut faire avancer la physique des
monopôles leptoniques, que d’en créer des faisceaux en partant d’une source peu
encombrante et de se donner la possibilité d’augmenter autant qu’il le faudra
l’énergie du faisceau. Après quoi le résultat qu i serait peut-être le plus
convaincant serait de mesurer la charge du monopôle et de confirmer ou
d’infirmer (l’expérience le dira) la formule de Dirac.
Dans la première partie, je propose une première liste d’expériences réalisables.
Dans la seconde partie, je donne le schéma d’un tel accélérateur qui devrait être
assez facile à réaliser.
Je voudrais faire à ce sujet une remarque importante :
Sous réserve de difficultés qui pourront se présenter par la suite, le principe d’un
accélérateur à monopôles est plus simple que celui d’un accélérateur de particules
électriquement chargées. Cela pour les raisons suivantes :
1) Il n’y a pas de problème de vide, parce que l’air n’arrête pas les monopôles.
Toutes les expériences ont été jusqu’ici réalisées dans l’air.
2) Il n’y a pas d’ « intervalles » d’accélération. Le solénoïde circulaire que j’ai
introduit ne fait pas que conduire les trajectoires des monopôles, il les accélère
tout au long.
P.S. Le texte sur l’accélérateur a été déposé à l’Académie des Sciences et a été soumis à un
brevet américain mais il n’est pas publié et reste donc confidentiel. Il n’est offert qu’à des
proches collaborateurs.
B) LISTE D’EXPERIENCES PROPOSÉES
1 - Mesurer la charge du monopôle magnétique. Je propose, pour cela, de reprendre
avec des monopôles la célèbre expérience de Millikan car il semble bien qu’elle reste
la plus simple et la plus fiable.
On pourra irradier un aérosol de gouttelettes d’huile avec un faisceau de monopôles d’un
signe donné (voir plus loin le rôle d’un accélérateur).
Normalement, les gouttelettes (visibles au microscope) tombent lentement sous l’effet de la
pesanteur, leur chute étant freinée par la viscosité de l’air selon la loi de Stokes :
(1)
4
6πηRv =
π R3G( ρh − ρa)
3
2 R2G( ρh − ρa)
⇒ v =
9
η
v = vitesse uniforme de chute de la gouttelette, R = rayon de la gouttelette,
ρh = densité de l’huile, ρa = densité de l’air, η = viscosité de l’eau.
1
Il s’ensuit que la mesure de la vitesse de chute donne le rayon de la gouttelette.
injection dʼun
brouillard
dʼhuile
microscope de visée


champ
magnétique
H
Un champ magnétique vertical convenablement orienté s’opposera à la force de la
pesanteur et l’on pourra arrêter la chute de certaines gouttelettes. L’équation (1) en
présence de champ devient alors :
4
π R3G( ρh − ρa) − g H
3
g = charge magnétique du monopôle, H = champ magnétique.
(2) 6πηRv =
On pourra maintenant régler le champ magnétique H de façon à annuler la force de la
pesanteur, et la gouttelette s’arrêtera. Alors v = 0 et nous aurons la charge du monopôle :
(3) g =
4
π R3G( ρh − ρa)
3 H
Il est absolument certain qu’on trouvera la charge élémentaire de Dirac g = 137e , car
Mikhailov l’a montré dans une expérience contournée, sur des micelles ferromagnétiques
qui étaient tout à fait inutiles comme je le montrerai dans un autre papier. Mais le résultat
était quand - même exact.
Rappelons Dirac a été établi théoriquement la charge sur des bases solides et que l’ai
retrouvée par un raisonnement différent et tout aussi solide comme conséquence de mon
équation du monopôle. Ce résultat théorique est fondé sur les bases mêmes de la
mécanique quantique dans un cas où il n’est pas question de la mettre en doute. Il ne
saurait pas être infirmé par l’expérience. Néanmoins, il faut évidemment réaliser cette
expérience comme je l’indique ici.
2 - Effet Birkeland avec des monopôles : c’est la concentration des rayons cathodiques
(électrons) par un pôle d’aimant. On en trouvera la description dans mes articles sur les
monopôles. La théorie est due à Poincaré. Dans les mêmes articles, on montre que mon
équation du monopôle retrouve, à l’approximation de l’optique géométrique, le même
effet avec des monopôles concentrés par un centre électrique coulombien.
2
3 - Envoyer un faisceau de monopôles dans une chambre à bulles. Il doit laisser une
trace laiteuse de la largeur du faisceau, et non pas des trajectoires individualisées, à moins
que l’intensité du faisceau ne soit extrêmement faible. Sous une forme un peu différente,
l’expérience a été faite par Urutskoiev qui a obtenu cet aspect laiteux.
4 - Construire un champ magnétique qui laisse passer les monopôles gauches et non
pas les droits, ou l’inverse. Nous verrons dans un autre papier comment on y parvient.
5 - Créer un générateur d’Ivoilov avec un laser (Christian Lorin). Chez Ivoilov, on
fait jaillir un arc électrique dans un récipient d’eau et on canalise les rayonnement par des
bobines d’Helmoltz. La question est de remplacer l’arc par un faisceau laser.
6 - Etudier le diamètre d’un faisceau de monopôles dans l’air et sa dépendance par
rapport à la pression.
7 - Idem : changement avec la nature du gaz.
8 - Propriétés H2 : pv = kT ; ortho—para ; spectre optique, dans un faisceau de
monopôles gauches ou droits.
9 - Action d’un faisceau de monopôles gauches ou droits sur une émission β ± .
10 – Id. sur un faisceau de protons ou d’électrons.
11 – Id. sur du salpêtre.
12 – Id. sur des corps chimiques instables (Lorin).
13 – Id. sur une suspension colloïdale ferromagnétique.
14 – Id. sur un fil électriquement chargé.
15 - Sur une surface luminescente.
15 - Action d’un faisceau de monopôles gauches ou droits sur une cible vivante. Très
important : c’est un test pastorien.
16 – Id. sur l’uranium.
17 - Analyser la composition ±, gauches ou droits des monopôles émis à la Urutskoiev ou
à la Ivoilov.
18 - Rechercher les traces de monopôles sur les pôles terrestres, les aurores boréales,
les foudres en boules, etc.
19 – Rechercher les traces de monopôles près des installations industrielles (étincelles,
arcs, explosions lors des contrôles de validité des appareils).
20 - Influence possible de ces effets sur des échantillons radioactifs β .
21 – Rechercher les traces de monopôles près des volcans.
22 - Mouvement brownien des monopôles.
23 - Placer un même champ magnétique à la sortie d’une source d’Ivoilov, ⊥ au faisceau :
on doit trouver des déviations contraires.
24 - Envoyer un faisceau de monopôles sur une bobine nodale obtenue en faisant, avec un
conducteur électrique isolé, une série de nœuds successifs comme les nœuds d'arrêts
utilisés en marine, notamment sur une amarre.
3
25 - Action d’un faisceau de monopôles gauches ou droits sur un faisceau de
neutrons : on devrait diminuer le temps de vie et augmenter l’effet Tcherenkov (pour
la bonne chiralité).
26 - Déviation d’un faisceau de monopôles passant entre deux plaques d’un
condensateur, parallèlement au plan des plaques.
+
_
27 – Refaire avec un faisceau de monopôles dirigés certaines expériences connues à la
Urutskoiev : bombarder avec le faisceau, des feuilles métalliques minces, une solution
d’un sel d’uranium, chercher des transmutations etc.
BUT : Quand un résultat est obtenu au sein d’une explosion, dire qu’il est causé par
des monopôles n’est qu’une interprétation parmi d’autres possibles.
Mais si le même résultat est obtenu à l’extérieur, à une certaine distance de la source
et, de préférence, dans une cage de Faraday, il faut vraiment qu’un rayonnement issu
de la source, mais distinct des ondes électromagnétiques qui s’y trouvent, traverse
l’espace et parvienne à la cible.
Alors, si d’autres expériences précisent la nature du rayonnement, on peut rendre
crédible l’interprétation. C’est pourquoi il est capital de créer un faisceau aussi mince
que possible.
28 - Dérive d’un monopôle dans deux champs constants orthogonaux.
Ce phénomène est connu dans le cas d’une charge électrique, que nous rappelons d’abord
(on le trouve dans le livre d’Electromagnétisme de Jackson). C’est la même figure cidessous que nous conserverons.
E
u
H
On a donc deux champs constants orthogonaux E, H dans un référentiel K et on définit
une vitesse u telle que :
u = c
E × H
H2
(1)
4
u
< 1 définit une transformation de Lorentz
c
vers un nouveau référentiel K! , dans lequel on aura :
Supposons que E < H , de sorte que β =
E! = γ ( E + β × H) ; H! = γ ( H − β × E )
1
γ =
1− β
2
; β =
u
E × H
=
c
H2
(2)
On trouve :
E × H
$
'
E! = γ & E +
× H) = 0
2
%
(
H
E × H
%
(
H! = γ ' H −
× E* =
2
&
)
H
(3)
H2 − E 2
H
H2
(4)
Donc, dans le référentiel K! qui « dérive » à la vitesse u par rapport au référentiel K , il
n’y a plus de champ électrique et le champ magnétique reste parallèle au champ
magnétique dans K . Donc, d’après la loi de force de Lorentz :
dp
e
= eE + v × H
dt
c
(5)
la force qui s’exerce sur une charge électrique s’écrit, dans le système K! :
dp!
e
(6)
=
v! × H!
dt
c
et comme, dans le référentiel K! , on a H! = Const , l’énergie W! = mc
! 2 se conserve et
on peut écrire :
dv!
ec
W!
=
v! × H! ( p! = 2 v! )
dt
W!
c
(7)
Cette forme nous sera utile plus loin car elle reste valable pour une masse propre nulle.
On voit donc, d’après (7), que le mouvement de la charge électrique dans le système K!
est une rotation autour du champ H! avec la fréquence cyclotronique :
ϖ! =
ec H!
W!
(8)
Dans le système initial K , on verra ce même mouvement, autour du champ H (parallèle à
H! ) mais on le verra dériver avec la vitesse u donnée par (1).
Supposons maintenant que : E > H et définissons une nouvelle vitesse :
w = c
E × H
E2
(9)
Nous aurons un nouveau référentiel K!! et les champs dans K!! seront :
5
E!! =
E 2 − H2
E, H!! = 0
E2
(10)
Pour une particule électrique, ce cas est peu intéressant car on n’a plus de rotation dans
K!! , mais un mouvement de translation sous l’effet du champ électrique.
Au contraire, ce second cas : E > H est le plus intéressant pour un monopôle car
nous retrouverons la rotation de la particule, mais autour du champ électrique.
En effet, la force de Lorentz ne s’écrit plus (5), mais :
dp
g
= g H− v × E
dt
c
(11)
où g est la charge magnétique. On voit que le monopôle tournera dans K!! autour du
champ élecrique, selon la loi :
dp!!
g
= − v!! × E!!
dt
c
(12)
Soit encore, puisque l’énergie se conserve ici aussi :
dv!!
gc
= −
v!! × E!!
dt
W!
(13)
On a donc encore une fois, dans ce « système propre », une rotation, mais avec la
fréquence cyclotronique :
ϖ !! =
gc E !!
W!!
(14)
On voit que les deux fréquences ϖ ! et ϖ !! dépendent de la charge (e ou g ) , du champ
(H ou E ) et de l’énergie de l’énergie.
Ceci est à noter pour des mesures éventuelles.
29 – Refaire un certain nombre d’expériences d’Urutskoiev, mais avec un faisceau de
monopôles et non par de brèves décharges :
Irradier des feuilles minces de différents corps. On doit retrouver les transmutations,
mais « psychologiquement » la différence est importante car dans les expériences où
l’on introduit un échantillon à l’intérieur de l’enceinte où se produit la décharge
électrique, il peut rester un doute quant à l’origine réelle des effets observés.
Dans un faisceau extérieur à la source, toute ambiguïté devrait disparaître, d’autant
plus qu’on pourra, alors, écarter les monopôles par un champ magnétique et prouver que
l’effet disparaît, ou dévier ainsi le faisceau et montrer que l’effet se produit ailleurs, etc.
30 – Il faut confier à un laboratoire de physique nucléaire les expériences d’irradiation de
corps radioactifs lourds notamment de l’uranium, dont on sait, d’après les expériences
d’Urutskoiev qu’elles conduisent à un enrichissement.
31 – Je laisse pour un autre article le problème de la polarisation chirale du faisceau sorti
de l’accélérateur, qui aura une grande importance en biologie et en physique
nucléaire(radioactivité bêta).
32 – Une autre expérience intéressante serait d’envoyer un faisceau de monopôles sur de
l’hydrogène et de voir si la décomposition en hydrogène para et ortho est contraire à celle
de l’équilibre thermodynamique. En fait, on le sait déjà, car c’est le cas pour « l’hydrogène
nucléaire » qui résulte des explosions électriques d’Urutskoiev.
6
La cause me paraît être simple : c’est dû, à mon avis, au fait que le passage d’une forte
charge magnétique entraîne en parallèle les deux noyaux atomiques, après quoi les
collisions moléculaires reprennent leur droit et la proportion ortho – para se rétablit.
L’intérêt de recommencer avec un faisceau de monopôles est que la cause est extérieure et
ne peut être confondue avec aucune autre.
C) UN ACCÉLÉRATEUR DE MONOPÔLES (texte anglais)
I. Historical Background of the Invention. What is a magnetic monopole?
A magnetic monopole is a particle that carries only one magnetic pole ( + or − : south or north). The
existence of monopoles was conjectured in the past by some great physicists, among whom Coulomb, in the
eighteens century, and J.C. Maxwell and Pierre Curie in the nineteens century, who made similar conjectures
concerning symmetry.
Two theories due to P.A.M. Dirac, ‘tHooft and Polyakov discuss the hypothesis of a magnetic
monopole, which would be a heavy boson with strong interactions. The heaviest monopole predicted by
3
‘tHooft and Polyakov would have the mass of 1cm of hydrogen!
Here, we consider a massless, fermionic monopole with weak interactions, predicted by the author of
the present paper [4]-[7], confirmed by a large range of experiments. The most important experimental
results are due to the Urutskoiev group ( Recom , Kurchatov Institute, Moscow) [8], [9], [10], [12] and
confirmed by the Kuznetsov group (Unified Institute of Nuclear Researches, Dubna) [11]. Theory and
experiments will be the subject of an extensive Bibliography at the end of the present paper. For the present,
we need only a few details to have a clear discussion of the merits of a propulsion device.
The light monopoles of this disclosure are created by high voltage electric discharges in a liquid
medium (generally water), by two different methods:
a) The Urutskoiev experiments (at Moscow) are performed with a powerful capacitive discharge source
and give important results, concerning notably the transmutation of chemical elements and the modification
of isotopic spectra [8], [9], [121].
b) A less powerful device was used by Ivoilov (Kazan) with an arc of only 40 A and 80 volts. In spite of
the low energy, interesting experiments were realized, in particular on emulsion traces of monopoles [122].
These traces were extensively described for the first time by Urutskoiev [8], [9], but Ivoilov proved the chiral
properties predicted by theory [5], [6]. While the Urutskoiev system is based on a large capacitors, it seems
that important experiments can nevertheless be accomplished by lower energy systems and designs at smaller
dimensions.
Efficient production of magnetic monopoles and their control is precisely the aim of the accelerator
project that will now be described.
II - The accelerator:
a) Accelerated particles : The idea of an accelerator was derived from the theory but one only needs to
know, for the moment, that the magnetic monopoles employed in this device are massless particles carrying
a magnetic charge with a definite sign.
b) Focusing of monopoles: The magnetic radiation emitted by both sources of monopoles is a mixture of
+ and − monopoles in all directions. In order to focus the monopole radiation, Ivoilov placed his source
(which is small) inside a pair of Helmholtz coils. As a result he got strong effects at a distance of several
meters from the source, in spite of the weakness of this source and of the presence of atmosphere.
c) The accelerator (Fig. 1) :
Little attention was paid until now to two aspects of Ivoilov’s focusing device:
1)
The beam emerging from Helmholtz coils is monopolar, because monopoles of opposite signs
are carried by the magnetic field in opposite directions, with different chiralities, which is
important for certain experiments, particularly in biology and in beta radioactivity.
2)
The monopoles are not only focused by the field : they are accelerated. More exactly, their
impulse increases. The last expression is used because our monopoles are ultra light particles
(even massless) and so their velocitiy is relativistic, close to the velocity of light. The motion
does not obey the equation :
m
d2x
= gH ( m = mass , g = magnet i c cha r g e , H = magnet i c f i el d )
dt 2
7
It obeys the relativistic equation :
dp
= gH , where p = i mpul se .
dt
p is not equal to mv with a constant m, excepted when the energy,
E
is
2
constant, which defines a kinetic mass : m = E / c although the rest mass is zero. But in an
accelerator, the energy increases. Thus, we can only assert that the impulse increases in
proportion to the time and to the magnitude of the applied magnetic field.
Therefore, an electromagnet acts as a linear accelerator for magnetic monopoles.
3)
The circular accelerator - Fig. 1. Consider a circular electromagnet, i.e. a toroidal pipe
wrapped by a coil of electromagnet wire : i.e. the preceding electromagnet wound about a
circular tube. If the diameter of the torus is sufficiently large with respect to the diameter of the
pipe, the magnetic field lines will be circular and parallel inside the tube. Each monopole
will follow one of these lines, with an impulse tangent to the circle and the impulse will
increase as long as the monopoles remain inside the tube.
4)
Injection. An aperture at the external side of the tube is positioned tangentially to the axis of
the Helmholtz coils of the Ivoilov source. These coils will direct the motion of monopoles, like
in an electric accelerator. The coils will be oriented towards the interior of the torus, under a
small angle with respect to the impulse of particles.
5)
Ejection. A second aperture is positioned with a second set of Helmholtz coils oriented from
the torus at a small angle, oriented to the exterior. During the acceleration stage, the power in
these coils will be cut off, and then, at precisely timed intervals, the power will be turned on in
the ejector, creating a magnetic field that attracts the monopole to the exterior.
circular coil
Fig. 1 Accelerator for monopoles of one sign. The other sign are lost.
6)
This concept naturally lends itself to consideration of a double accelerator Fig. 2 : an obvious
choice since the source produces a mixture of monopoles of opposite signs. The aim of the
double accelerator is to accelerate the monopoles of both signs. This opens a new difficult
question because the two signs of monopoles are fundamentally different particles:
a) They can have opposite charge constants, which can, in principle, happen after a collision
between a monopole and a coulombian electric charge [5], [6].
b) They can be mutually antiparticles, i.e. monopoles with the same charge constant but with
opposite chiralities, as a neutrino and an antineutrino [5], [6].
c) They are spin ½ particles with relativistic velocities. So, the spin lies along the velocity
vector, but according to the charge, it is oriented in the direction of velocity and so is the
direction of rotation, or in the opposite direction.
Thus, a double accelerator opens a large range of potential uses.
8
North or South monopoles
South or North monopoles
circular coils
ejector
ejector
injector
Fig.2. Double accelerator. Monopoles of both signs are available.
7)
General remarks. Curiously, it seems simpler to build an accelerator for monopoles than for
electric particles. There are three reasons :
a) There is only one manner to direct charged particles: a magnetic field. For magnetic
monopoles the toroidal field carries particles along circular magnetic lines. For electric
particles, we need Laplace force and so on.
b) The acceleration of monopoles is a consequence of conveying particles along the Magnetic
field lines. We cannot do so with electric particles because we cannot create a long curved
electric field, which could continuously accelerate the particles (we can do so only in a Van de
Graaf accelerator). Short accelerating intervals are required, with many difficulties.
c) The third reason is that our monopole accelerator design is rough and quite elementary. It’s
current design is similar to the low complexity of the first cyclotron, with its 6.5cm diameter
and several thousands electron volts. That device was naturally less difficult to operate than
today’s synchrotrons of many Gev!
Bibliography :
[1] P.A.M. Dirac, Proceedings of the Royal Society, A133, p. 60, 1931.
[2] G. ‘tHooft, Nuclear Physics, B79, p. 276, 1974.
[3] A. Polyakov, JETP Letters, 20, 194, 1974.
[4] G. Lochak, Annales de la Fondation Louis de Broglie, 8, p. 345, 1983 and 9, p.1, 1984.
[5] G. Lochak, Wave equation for a magnetic monopole, IJTP, 24, p. 1019-1050, 1985.
[6] G. Lochak, The symmetry between electricity and magnetism and the problem of a magnetic monopole, in Advanced
Electromagnetism, Ed. T.W. Barrett & D. M. Grimes, World Scientific, Singapore, p. 105-148, 1995.
[7] G. Lochak, Theory of light monopoles, [123].
[8] L. Urutskoiev, V. Liksonov, V. Tsinoev, Observation of transformation of chemical elements during electric
discharge, Applied Physics (Russia), 4, p. 83-100, 2000.
[9] L. Urutskoiev, V. Liksonov, V. Tsinoev, Annales de la Foundation Louis de Broglie, 27, N° 4, p. 701-726, 2002 :
same paper than [8] (in English), with a comment of G. Lochak, A.F.L.B. , 27, N° 4, p. 727-736, 2002.
[10] N. Ivoilov & L. Urutskoiev, The influence of « strange » radiation on Mössbauer spectrum of
Rus. Applied Physics, N° 5, 2004 (in Russian).
F 57 in metallic foils,
[11] V. Kuznetsov, G. Mishinsky, F. Penkov, A. Arbuzov, V. Zhemenik, Low energy Transmutation of atomic nuclei of
chemical elements, : Annales de la Foundation Louis de Broglie, 24, N° 2, p. 173-213, 2003.
[12] Condensed Matter and Nuclear Science (Proceedings of the 11th International Conference on Cold Fusion, 31
October-5 November, Marseille, France, 2004), Ed. J.P. Biberian, World Scientific, 2006.
[121] G. Lochak & L. Urutskoiev, Low-energy nuclear reactions and the Leptonic monopole, p. 421-437.
[122] N. Ivoilov. Low energy generation of « strange radiation », report to the 11th ICCF, Marseille, 2004 (to be
published in the “Annales de la Fondatioàn Louis de Broglie”).
[123] E. Pryakhin, G. Tryapinitsa, L. Urutskoiev & A.
« Strange » radiation, p. 537-545.
9
Akleyev, Assessment of the biological effects of
[124] G. Lochak, Light monopoles Theory: An overview of their effects in physics, chemistry, biology, and
nuclear science (weak interactions), p.787-797.
[13] P. Curie, Sur la symétrie des phénomènes physiques, J. de physique, 3e série, t. III,
p. 393 and p. 415, 1894, republished for the centenary of Curie’s memoir, in : Annales de la Fondation Louis de Broglie,
19, N° 3, p. 137, 1994.
[14] G. Lochak, Les symmetries PTC dans les equations spinorielles, Annales de la Fondation Louis de Broglie, I, 22,
p.1, 1997; 11, p. 187.
[15] G. Lochak, The equation of a light leptonic magnetic monopole and its experimental aspects, Zeitschrift für
Naturforschung, 62a, 2007, p. 231-246.
10