磁单极子:理论预言的神秘粒子

发布日期: 2015-10-16

磁单极子是一种理论预言的神秘粒子,自1931年狄拉克预言其存在以来,科学家们一直在寻找其存在的证据。最近的研究进展表明,磁单极子可能在特定条件下被观察到,但其天然存在的证据仍未被发现。磁单极子的发现将对物理理论和科技发展产生深远影响。

1865年,苏格兰科学家詹姆斯.克拉克.麦克斯韦首次提出了他的电磁理论,他的工作统一了磁场和电场,也就是说两者在本质上是一样的,电磁理论的贡献是里程碑的。根据麦克斯韦方程,与电荷相反,磁荷或者磁单极子是不存在的。这在我们日常生活中很常见,所有的磁铁都有南极和北极,就算把一个磁铁剖成两半,又会变出新的南北两极。为什么单独的电荷存在,而磁荷就不存在呢?

事情的转机发生在1931年,著名的英国物理学家狄拉克预言磁单极子存在于携带磁场的管的末端。之后,其他科学家用量子力学证明了像这样奇异的结构是可能的。1974年,Polyakov和Hooft发现,磁单极子其实是基本作用力统一的自然结果。至此之后,理论物理学家开始尝试找出统一所有基本力的理论,一个大统一理论。确实,目前所有的大统一理论都预言了自然界中存在磁单极子。

在自然界中,哪怕科学家只找到一个磁单极子,那都深远地改变现在的物理理论,以及改变我们对我们宇宙的认知。一个单独的磁荷被预测是一种质量较大并且稳定的粒子,在宇宙大爆炸后应当有大量的磁单极子产生。如果磁单极子存在,它们应该在宇宙大爆炸后大量的产生。在过去的80年,基于量子力学对磁单极子的预言,科学家投入了大量的精力去寻找它们的存在,但是直到去年为止,科学家才找到这个神秘的粒子的一些线索。

2010年10月18日,来自瑞士保罗谢尔研究所和都柏林大学的一个研究小组首次在室温的条件下,直接拍到了难以捉摸的磁单极子跟“狄拉克弦”附在一起的图像,为磁单极子提供了空间证据。2013年4月20日,伦敦纳米科技中心的科学家也宣称了磁单极子存在的可能性。

2014年1月29号在科学杂志中报道,基于阿尔托大学的两名研究人员Vile Pietila和Mikko Mottonen提出的制造磁单极子的实验方法,安默斯顿学院David Hall领导的研究团队成功的在一个模拟状态下的一团极低温Rb原子内重建了一个狄拉克预言的磁单极子。科学家离发现天然磁单极子还有很长一段路要走。

发现磁单极子的重要性不仅体现在物理理论和对宇宙的理解上,也无疑将带来一场新的科技革命。如果磁极能够像电荷一样被控制盒操作,那么肯定会开启一个新的科技时代。一个即刻能看到效应的方向是新一代的电子和存储设备。

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