转磁单极子物理学的一个谜题

《转磁单极子物理学的一个谜题》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、转磁单极子物理学的一个谜题磁单极子magnetic转磁单极子物理学的一个谜题磁单极子magnetic转磁单极子物理学的一个谜题磁单极子magnetic转磁单极子物理学的一个谜题磁单极子magnetic转磁单极子物理学的一个谜题磁单极子magneticmonopole理论上预言的带单极性磁荷粒子。在经典电磁理论中，磁是由电流和变化的电场产生的，磁南极和磁北极总是同时存在的，不存在磁单极子。1931年P.A.M.狄拉克从分析量子系统波函数相位不确定性出发，得出磁单极子存在的条件，可用以说明电荷量子化这个理论上无法说明的事实。20世纪70

2、年代以后建立起来的大统一理论以及早期宇宙的研究都要求存在磁单极子，磁单极子的质量重达1016吉电子伏特/库仑2(GeV/C2)。实验上探测磁单极子成为检验粒子物理大统一理论和天体物理宇宙演化理论的重要依据。曾经作过广泛的探查，而且每当粒子加速器开拓新能区或发现新的物质源(例如从月球上取来岩石)都要重新进行磁单极子的的搜索。1982年采用超导量子干涉器件磁强计探测到一起磁单极子的事例，但还不足以肯定其存在。这是一种到目前为止还基本上只是存在于理论之中的物质，如果找到了它们，不仅现有的电磁理论要作重大修改，而且物理学和天文学的许多基础理

3、论也都将得到重大发展。但是十分奇怪的是,量子场论告诉我们,在基本粒子的理论中(准确地讲是非阿贝尔规范场理论),磁单极的出现是十分自然的.这也是基本粒子物理实验想证实的一件事：测量非阿贝尔磁单极.磁单极子作为物质的基本构成，它的单独存在可能非常困难，或者可能极其微弱以致无法测量，从二元论的角度分析可能会更合理些，如纯的吸引性粒子和纯的排斥性粒子。电磁疑云篇电磁，电磁，在许多人的印象里，电和磁就像是一对相生相成、形影不离的孪生兄弟，也像是一对亲密无间、夫唱妻随的美满佳偶。说到电，必然也会说到磁；提到磁，自然也离不开电。如充满宇宙中的电磁

4、波，它们对于我们来说简直就是如雷贯耳，因为它们对宇宙天体和生命物质发挥着极为重要的作用，它们就是电性和磁性的统一体。电和磁确实有许多相似之处：带电体周围有电场，磁体周围也有磁场；同种电荷相斥，同名磁极也相斥；异种电荷相吸，异名磁极也相吸；变化的电场能激发磁场，变化的磁场也能激发电场；用摩擦的方法能使物体带上电，如果用磁铁的一极在一根铁棒上沿同一方向摩擦几次，也能使铁棒磁化--物理学家法拉第和麦克斯韦为此创立了"电生磁、磁生电"的电磁场理论。但是，实际上，就像再美满恩爱的夫妻也会有性格上的差异和其它方面的不谐调，磁和电这对佳偶也并非是

5、完全对称的，这种不对称性不论从宏观还是微观上都有所反映。在宏观上，从地球、月球、行星到恒星、银河系和河外星系，不可胜数的天体以及辽阔无垠的星际空间，都具有磁场，磁场对天体的起源、结构和演化都有着举足轻重的影响；可是电场在宇宙空间几乎无声无息，对丰富多彩的天文学似乎毫无建树。而从微观上看：在磁与电的关系中，磁性是更为本质的东西，我们可以用磁来制约电，却不能用电来制约磁(用电产生磁，例如电磁铁，则是另外一回事)。在电现象里，带电体可分割成单独带有正电荷和负电荷的粒子，正、负电荷可以单独存在；而磁体的两极总是成对出现，无论磁针被分割成多少

6、部分，无论把它分割得多么小，新得到的每一段小磁铁总有两个磁极，长久以来，人们从来没有发现过单独存在的磁极--磁单极子。多少年来，人们一直对电、磁这种宏观和微观上的不对称感到困惑不解，特别是为什么正、负电荷能够单独存在，而单个磁极却不能单独存在，对此人们更是充满了诸多的疑问。那么，磁单极子到底存不存在呢?1931年，著名的英国物理学家狄拉克首先从理论上用极精美的数学物理公式预言，磁单极子是可以独立存在的。他认为，既然电有基本电荷--电子存在，磁也应有基本磁荷--磁单极子存在，这样，电磁现象的完全对称性就可以得到保证。因此，他根据电动力

7、学和量子力学的合理推演，前所未有地把磁单极子作为一种新粒子提出来。以前，狄拉克曾经预言过正电子的存在，并已经为实验所证实；这一次他的磁单极子假设同样震惊了科学界。在磁单极子的理论研究方面，除狄拉克最早提出的磁单极子学说外，还有其他一些科学家也曾提出过多种的学说，各有其特点和根据。如著名的美籍意大利物理学家费米也曾经从理论上探讨过磁单极子，并且也认为它的存在是可能的。华裔物理学家、诺贝尔物理学奖获得者杨振宁教授等一些著名的科学家，也从不同方面和不同程度地对磁单极子理论做出了补充和完善。它们弥补了狄拉克理论中的一些缺陷和不足，给磁单极子

8、的设想辅以更坚实的理论基础。踪迹难寻篇随着磁单极子的提出，科学界由此掀起了一场寻找磁单极子的狂潮。人们绞尽脑汁，采用了各种各样的方法，去寻找这种理论上的磁单极子。科学家首先把寻找的重点放在古老的地球的铁矿石和来自地球之外的铁陨石上，因