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磁单极子:物理学家还在找找找

2018-09-14苏凯米

大科技·科学之谜 2018年6期
关键词:理论实验

苏凯米

所有已知的磁体都有一对“南极”和“北极”,而且,无论把磁体分割得多小、多碎,新得到的每一段小磁体仍然会有两个成对的磁极。那么,自然界中是否存在着只有“南极”或者只有“北极”的磁体,就像单独存在着的正电荷和负电荷一样?

20世纪30年代,英国物理学家保罗·狄拉克在一篇论文中首次提出了这种可能性。他预言,自然界存在一种只带单一磁极的粒子,叫做磁单极子。

狄拉克最初的目标并不是为了创立一个磁单极子的理论,而是为了解释电荷量子化,即,为什么我们观察到的粒子的带电量总是电子带电量的整数倍。由于磁单极子的磁量和基本电量之间存在固定的换算关系,所以磁单极子概念的引入非常重要。

狄拉克之后,物理学家在许多前沿理论中也需要使用到磁单极子的概念,比如大统一理论预言,宇宙存在大量的磁单极子,其质量是质子的10的16次方倍;弦理论也可以证明超重磁单极子的存在,并指出超重磁单极子是在宇宙演化极早期的超高温度中产生的;甚至,暗物质的研究也需要用到磁单极子。所以,磁单极子概念的引入很受欢迎,物理学家主观上非常希望它是真实存在的。

于是,近百年来,物理学家孜孜不倦地寻找磁单极子,比如在月面物质样本中寻找;在宇宙尘埃中寻找;或者在实验室中通过粒子加速器寻找。有几次,物理学家确实公布了一些受人瞩目的消息。

比如,1982年的情人节,斯坦福大学的布拉斯·卡布雷拉记录到了一个“磁单极子通过超导线圈”的信号,引起了轰动。……

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