磁單極子噪音首次被「聽」到

2020-12-03 新華網客戶端

        據物理學家組織網日前報導,英國牛津大學物理學教授塞穆斯·戴維斯率領一支實驗物理學家團隊,首次研製出一款磁場噪聲波譜儀,讓人類第一次「聽」到了一個磁單極子流產生的磁噪聲。

        磁單極子是展現量子化磁荷的基本粒子。1931年,量子理論的先驅保羅·狄拉克首先從理論上用極精煉的數學物理公式預言,磁單極子是可以獨立存在的。自此,很多科學家對其進行了深入研究。

        理論認為,某些類型的磁絕緣體的熱激發態會表現出磁單極子的所有特徵。去年,布倫德爾和同事弗郎西斯卡·基施納博士預測,這些化合物內部磁單極子的隨機運動會產生一種特定的磁噪聲。這些磁性絕緣體中的任何晶體應該會自發產生大量隨機波動的磁場。然而比較麻煩的是,這種磁場的強度預計僅為地球磁場的十億分之一。

        戴維斯和同事創建了一個基於超導量子幹涉裝置(SQUID)的極其精確靈敏的磁場噪聲波譜儀。藉助它,科學家們在晶體Dy2Ti2O7中,預測的一個稠密磁單極子流特徵展露無遺。因這種磁單極子的噪音出現在20k赫茲以下的頻率範圍內,當被SQUID放大時,人類實際上可以「聽」到它。

        戴維斯表示:「磁單極子是一種重要但極難捉摸的基本粒子,我們首次開發出了探測和研究磁單極子的新方法,能開展磁單極子物理學新的研究。」

        該研究發表於最近出版的《自然》雜誌。

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    首次發現1932年,著名的英國物理學家狄拉克,從理論上預言磁單極是可以獨立存在的。他認為:"既然電有基本電荷--電子存在,磁也應該有基本磁荷--磁單極子存在。"他的這一預見吸引了不少物理學家用各種方法去尋找磁單極子。人們在各種物質中,如礦物、火山灰、隕石、月球土壤中尋找磁單極子;也在加速器產生的粒子中尋找過磁單極子,用最先進的方法和最精密的儀器,但都一無所獲。
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    上世紀30年代初,大物理學家狄拉克用優美的數學公式預言只有一個磁極的粒子是可以單獨存在的,並將其命名為磁單極子。磁單極子作為一種新的粒子就此被提出,也吸引了一大批物理學家的關注。如果有一天有人發現了磁單極子,那麼他就成功預訂了諾貝爾物理學獎。磁單極子的發現會使現有的電磁學理論作出重大調整。至今仍然有一批實驗設備在等待著捕捉到磁單極子。
  • 磁單極子之謎:為什麼沒有單一磁極的磁鐵
    麥克斯韋方程組是經典的電磁場理論,但是這個理論並不能完美解釋為何我們找不到磁單極子,也不能解釋為何電荷都是以固定值存在的。當科學家將麥克斯韋方程組拓展到包含磁單極子,電荷就只能以固定值存在,這使得經典電磁場理論與量子電動力學得到了統一。而在實驗方面,在實驗室裡構造類磁單極子、通過大型強子對撞機尋找磁單極子、甚至是在浩渺無垠的宇宙裡尋找它的存在,人們一直沒有放棄過對磁單極子的探索。
  • 為什麼我們的宇宙沒有磁單極?
    在物理學中,當相距很近的符號相反的一對電荷或磁極連接在一起時,我們稱其為偶極子,而當我們單獨有一個電荷或磁極時,則稱其為單極子。引力單極子很容易獲得:它只是一個質量。 電單極子也很容易:任何帶電荷的基本粒子(例如電子或夸克)都可以。 但是磁單極子? 據我們所知,它們不存在。
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