磁单极子:物理学家还在找找找

来源 :科学之谜 | 被引量 : 0次 | 上传用户:petersainty
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  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。然而,这种信号再也没出现过,卡布雷拉的发现也就成了一件悬案,也许那只是一次机器故障。
  2009年,普林斯顿大学的希瓦吉·宋迪宣布,自己的团队在“自旋冰”晶体中观测到了类似磁单极子的物质,又引起了轰动,但后来证明,这次发现的物质与狄拉克预言的磁单极子不是一回事。
  2014年,美国艾姆赫斯特学院的戴维·霍尔表示,自己的团队在人造磁场中,获得了“磁单极子的真实空间图像”,提供了证明狄拉克磁单极子存在的证据。这再次引起轰动,但没有实验可以重复他们的结果,所以无法证明戴维·霍尔的研究结果是否正确。
  所以,物理学家的理论和实验虽然进行得热热闹闹,但其实仍然没有见过磁单极子的“庐山真面目”。不过,物理学家并没有放弃寻找磁单极子的梦想,最近,他们又宣布了关于寻找磁单极子的最新进展。
  2017年12月15日,伦敦帝国理工学院的物理学家发表了自己的研究,他们设想,磁单极子可能存在于磁场异常强大以及温度非常高的地方。这种极端环境可以在一种被称为“磁星”的特殊中子星找到,也可以在大型强子对撞机中利用重原子核碰撞来实现。通过研究这两种情景,物理学家对磁单极子的质量提出了限制,即,磁单极子的质量必须大于质子的3分之1,且自身质量的大小与自身携带磁量的多少有关。
  12月29日,欧洲核子研究中心也发表了最新的研究成果,物理学家宣布,尽管他们收集了比以往多6倍的实验数据进行分析,但仍未发现磁单极子,不过,他们也不是一无所获,研究使他们明确了一点——磁单极子不是惰性物质,它非常容易与其他物质发生相互作用。
  那么,“磁單极子”是否存在?目前,物理学家依旧无法回答,他们还要继续寻找,做更多的实验才能解答这个问题。
其他文献
看!河里有只头顶绿色莫西干头,下巴长着几根笋状胡须,在欢快游动的乌龟。大大的眼睛、朝天的大鼻孔、“桀骜不驯”的头发,朋克范儿十足。  这种乌龟叫做玛丽河龟,因主要生活在澳大利亚昆士兰洲的玛丽河而得名。又因為它那一头与众不同的“头发”,也被称为“朋克龟”。它一般体长40厘米,有着比一般乌龟要长的尾巴。朋克龟看起来朋克,其实性格十分温顺。  朋克龟有一项独特的技能——用屁股呼吸。大部分的乌龟靠肺呼吸,
期刊
如果在月球上种花养蚕会是什么样子?嫦娥四号将要做出答复,它将是第一个在月球背面降落的探测器,更令人兴奋的是,它也将开启人类首次在月球表面种花养蚕。  即将搭载探测器飞往月球的“乘客”分别是拟南芥、土豆这两种开花植物和蚕。为什么选择它们呢?选择土豆是因为,土豆可能会成为人类主要的太空食物;而拟南芥则是因为生长周期短,从发芽到开花只需要一个月的时间,便于研究人员的观察。土豆和拟南芥吸收月球的自然光进行
期刊
印象中的南极洲,有着白茫茫的一片大地和环抱着它的辽阔大洋。它是世界上最寒冷的大洲,平均温度只有零下25℃,但就在这样的冰天雪地里,也不乏生机,有许多不同种类的动物在这里繁衍生息。  那么,这些动物在这里是如何生存的呢?  对付寒冷的各种高招  说起南极洲的动物,你第一个想到的大概是企鹅。南极大陆温度可低至零下60℃,食物稀少,还有很长一段时间的极夜。然而这些身穿燕尾服、胖胖的、走起路来左摇右摆的动
期刊
受地球上潮汐的影响,如今月球以更快的速度远离我们。或者换句话说,比起过去的5千万年,月球现在离开我们的速度更快了。这个结论帮助天文学家解开了长期困惑他们的月球年龄之谜。  众所周知,月球的引力引起了我们在海洋里看到的朝落夕涨的潮汐。潮汐作用造成两方面的影响。一方面,使地球自转变慢,每隔100年,一天要延长大约1.7毫秒。这看起来似乎并不多,但这个效果是在不断累积的。例如,在6200万年前,也就是恐
期刊
众所周知,塑料在自然界中降解是非常缓慢的。因为绝大部分塑料都是由稳定的长链分子构成, 分子结构稳定,常温下不易氧化,也不溶于水、酸、碱等,也不会与自然界中其他物质发生反应。即使是无孔不入的微生物,也不喜欢吃它。所以塑料的降解周期很长,一般为200至400年。自塑料发明以来产生的垃圾塑料,绝大多数依然留存在自然界中,形成了所谓的“白色污染”,其中一部分又通过各种渠道流入了海洋。  但是多年前科学家在
期刊
引力波是时空本身的波动。理论上,任何有质量的物体在运动时,都能产生引力波。不过,只有大质量天体的剧烈运动,才会产生可探测的引力波。譬如,2015年由美国LIGO(激光干涉引力波天文台)首次发现的引力波,来自两个正在吞噬、做螺旋运动的大质量黑洞。自那以后,理论家们一直在研究,來自其他天体或事件的引力波会是什么样的。  在物理学中,一些最奇异的东西,例如正在蒸发的黑洞、宇宙弦,甚至额外的维度等等,若存
期刊
气候档案馆  锯开一棵树,你会在树桩上看到一圈一圈同心的圆形纹路,有些圈挤在一块,有的圈则离得挺远,这些圈圈就是树木的年轮线。数一数树木的年轮,就可以知道它几岁了,因为一圈代表一年。  树木的年轮是如何形成的呢?春天来临,天气回暖,春雨淅淅沥沥,是树木生长的好时机,它们会把握机会,快速生长,这时候形成的细胞体积大、数量多、细胞壁薄、木材的颜色较浅。到了秋天,雨水减少,温度变低,树木生长缓慢,这时候
期刊
历史上古印度文明,外无征战内无冲突,繁荣兴盛达七百年,这是不是传说中的乌托邦?  乌托邦存在么  乌托邦的概念,最早出现于古希腊哲学家柏拉图的《理想国》,而乌托邦的蓝图出现在16世纪,那时英国空想社会主义创始人莫尔发表了《乌托邦》。  莫尔用Utopia指代一种理想社会,音译为乌托邦。这种理想社会秩序井然,选举产生政府,官吏文化高,君主也要选举但许终身制;社会氛围和睦,人人平等,按需分配;争斗几乎
期刊
2017年5月31日,端午节刚过,大科技杂志社科普小组就来到海南中学,为学生们送上精彩的科普内容,并举行了赠书仪式。  海南中学始建于1923年,是海南省一级中学、海南省重点中学。“衍林讲堂”是该校特色之一,中科院院士、著名作家韩少功、北京大学教授等都曾莅临开讲,此次赴衍林讲堂开讲的是杂志社的编辑汤姣。汤姣老师讲课风格幽默轻松,充满了想象力,受到多个学校师生的欢迎,不少学生在课后,会激动地找汤老师
期刊
你可能没注意到,水其实非常奇特,不同于任何其他液体。  首先,水的密度异乎寻常。通常,在冷却过程中,液体密度会越来越大。然而,水在4℃时达到最大密度。在这个温度以下,水的密度反而会下降。所以,冰的密度比水小。因此,冰会漂浮在水面,而水的冷冻是自上而下的。  其次,水的表面张力非常大。除水银外,它在所有液体中具有最大的表面张力。因此,水蜘蛛能够站立在水上。此外,水的沸点也高得异乎寻常。还有,相较于其
期刊