轉(zhuǎn)磁單極子物理學的一個謎題

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1、轉(zhuǎn)磁單極子物理學的一個謎題磁單極子magnetic轉(zhuǎn)磁單極子物理學的一個謎題磁單極子magnetic轉(zhuǎn)磁單極子物理學的一個謎題磁單極子magnetic轉(zhuǎn)磁單極子物理學的一個謎題磁單極子magnetic轉(zhuǎn)磁單極子物理學的一個謎題磁單極子magneticmonopole理論上預言的帶單極性磁荷粒子。在經(jīng)典電磁理論中，磁是由電流和變化的電場產(chǎn)生的，磁南極和磁北極總是同時存在的，不存在磁單極子。1931年P(guān).A.M.狄拉克從分析量子系統(tǒng)波函數(shù)相位不確定性出發(fā)，得出磁單極子存在的條件，可用以說明電荷量子化這個理論上無法說明的事實。20世紀70

2、年代以后建立起來的大統(tǒng)一理論以及早期宇宙的研究都要求存在磁單極子，磁單極子的質(zhì)量重達1016吉電子伏特/庫侖2(GeV/C2)。實驗上探測磁單極子成為檢驗粒子物理大統(tǒng)一理論和天體物理宇宙演化理論的重要依據(jù)。曾經(jīng)作過廣泛的探查，而且每當粒子加速器開拓新能區(qū)或發(fā)現(xiàn)新的物質(zhì)源(例如從月球上取來巖石)都要重新進行磁單極子的的搜索。1982年采用超導量子干涉器件磁強計探測到一起磁單極子的事例，但還不足以肯定其存在。這是一種到目前為止還基本上只是存在于理論之中的物質(zhì)，如果找到了它們，不僅現(xiàn)有的電磁理論要作重大修改，而且物理學和天文學的許多基礎(chǔ)理

3、論也都將得到重大發(fā)展。但是十分奇怪的是,量子場論告訴我們,在基本粒子的理論中(準確地講是非阿貝爾規(guī)范場理論),磁單極的出現(xiàn)是十分自然的.這也是基本粒子物理實驗想證實的一件事：測量非阿貝爾磁單極.磁單極子作為物質(zhì)的基本構(gòu)成，它的單獨存在可能非常困難，或者可能極其微弱以致無法測量，從二元論的角度分析可能會更合理些，如純的吸引性粒子和純的排斥性粒子。電磁疑云篇電磁，電磁，在許多人的印象里，電和磁就像是一對相生相成、形影不離的孿生兄弟，也像是一對親密無間、夫唱妻隨的美滿佳偶。說到電，必然也會說到磁；提到磁，自然也離不開電。如充滿宇宙中的電磁

4、波，它們對于我們來說簡直就是如雷貫耳，因為它們對宇宙天體和生命物質(zhì)發(fā)揮著極為重要的作用，它們就是電性和磁性的統(tǒng)一體。電和磁確實有許多相似之處：帶電體周圍有電場，磁體周圍也有磁場；同種電荷相斥，同名磁極也相斥；異種電荷相吸，異名磁極也相吸；變化的電場能激發(fā)磁場，變化的磁場也能激發(fā)電場；用摩擦的方法能使物體帶上電，如果用磁鐵的一極在一根鐵棒上沿同一方向摩擦幾次，也能使鐵棒磁化--物理學家法拉第和麥克斯韋為此創(chuàng)立了"電生磁、磁生電"的電磁場理論。但是，實際上，就像再美滿恩愛的夫妻也會有性格上的差異和其它方面的不諧調(diào)，磁和電這對佳偶也并非是

5、完全對稱的，這種不對稱性不論從宏觀還是微觀上都有所反映。在宏觀上，從地球、月球、行星到恒星、銀河系和河外星系，不可勝數(shù)的天體以及遼闊無垠的星際空間，都具有磁場，磁場對天體的起源、結(jié)構(gòu)和演化都有著舉足輕重的影響；可是電場在宇宙空間幾乎無聲無息，對豐富多彩的天文學似乎毫無建樹。而從微觀上看：在磁與電的關(guān)系中，磁性是更為本質(zhì)的東西，我們可以用磁來制約電，卻不能用電來制約磁(用電產(chǎn)生磁，例如電磁鐵，則是另外一回事)。在電現(xiàn)象里，帶電體可分割成單獨帶有正電荷和負電荷的粒子，正、負電荷可以單獨存在；而磁體的兩極總是成對出現(xiàn)，無論磁針被分割成多少

6、部分，無論把它分割得多么小，新得到的每一段小磁鐵總有兩個磁極，長久以來，人們從來沒有發(fā)現(xiàn)過單獨存在的磁極--磁單極子。多少年來，人們一直對電、磁這種宏觀和微觀上的不對稱感到困惑不解，特別是為什么正、負電荷能夠單獨存在，而單個磁極卻不能單獨存在，對此人們更是充滿了諸多的疑問。那么，磁單極子到底存不存在呢?1931年，著名的英國物理學家狄拉克首先從理論上用極精美的數(shù)學物理公式預言，磁單極子是可以獨立存在的。他認為，既然電有基本電荷--電子存在，磁也應(yīng)有基本磁荷--磁單極子存在，這樣，電磁現(xiàn)象的完全對稱性就可以得到保證。因此，他根據(jù)電動力

7、學和量子力學的合理推演，前所未有地把磁單極子作為一種新粒子提出來。以前，狄拉克曾經(jīng)預言過正電子的存在，并已經(jīng)為實驗所證實；這一次他的磁單極子假設(shè)同樣震驚了科學界。在磁單極子的理論研究方面，除狄拉克最早提出的磁單極子學說外，還有其他一些科學家也曾提出過多種的學說，各有其特點和根據(jù)。如著名的美籍意大利物理學家費米也曾經(jīng)從理論上探討過磁單極子，并且也認為它的存在是可能的。華裔物理學家、諾貝爾物理學獎獲得者楊振寧教授等一些著名的科學家，也從不同方面和不同程度地對磁單極子理論做出了補充和完善。它們彌補了狄拉克理論中的一些缺陷和不足，給磁單極子

8、的設(shè)想輔以更堅實的理論基礎(chǔ)。蹤跡難尋篇隨著磁單極子的提出，科學界由此掀起了一場尋找磁單極子的狂潮。人們絞盡腦汁，采用了各種各樣的方法，去尋找這種理論上的磁單極子?？茖W家首先把尋找的重點放在古老的地球的鐵礦石和來自地球之外的鐵隕石上，因