返回信息流磁单极子是理论物理学弦理论中指一些仅带有北极或南极单一磁极的磁性物质,它们的磁感线分布类似于点电荷的电场线分布。这种物质的存在性在科学界时有纷争,截至2008年尚未发现这种物体。可以说是21世纪物理学界重要的研究主题之一。在2009年9月3日的《科学》杂志上刊载了一篇记录人类首次观测到磁单极子的论文。
英国物理学家保罗·狄拉克(Paul Dirac)早在1931年利用数学公式预言了磁单极子的存在。当时他认为既然带有基本电荷的电子在宇宙中存在,那么理应带有基本“磁荷”的粒子存在。从而启发了许多物理学家开始了他们寻找磁单极子的工作。通过种种方式寻找磁单极子包括使用粒子加速器人工制造磁单极子均无收获。1975年,美国的科学家利用高空气球来探测地球大气层外的宇宙辐射时偶尔发现了一条轨迹,当时科学家们分析认为这条轨迹便是磁单极子所留下的轨迹。1982年2月14日,在美国斯坦福大学物理系做研究的布拉斯·卡布雷拉宣称他利用超导线圈发现了磁单极子,然而事后他在重复他先前的实验时却未得到先前探测到的磁单极子,最终未能证实磁单极子的存在。内森·塞伯格(Nathan Seiberg)和爱德华·威滕(Edward Witten)两位美国物理学家于1994年首次证明出磁单极子存在理论上的可能性。
如果我们将带有磁性的金属棒截断为二,新得到的两根磁棒则会“自动地”产生新的磁场,重新编排磁场的北极、南极,原先的北极南极两极在截断磁棒后会转换成四极各磁棒一南一北。如果继续截下去,磁场也同时会继续改变磁场的分布,每段磁棒总是会有相应的南北两极。不少科学家因此认为磁极在宇宙中总是南北两极互补分离,成对的出现,对磁单极子的存在质疑。也有理论认为,磁单极子不是以基本粒子的形式存在,而是以自旋冰(spin ice)等奇异的凝聚态物质系统中的出射粒子的形式存在[1]。
德国柏林亥姆霍兹材料与能源研究中心与来自德累斯顿、圣安德鲁斯、拉普拉塔和牛津的研究人员在近期柏林进行的中子散射实验中,首次发现了磁单极子,并观察到它如何产生于实际物质之中[2]。
1 C. Castelnovo; R. Moessner1, S. L. Sondhi(2008年1月3日).Magnetic monopoles in spin ice.Nature,451:42-45.DOI:10.1038/nature06433.于2008年1月4日查阅.
2 Magnetic Monopoles Detected In A Real Magnet For The First Time.Science Daily(2009年9月4日).于2009年9月7日查阅.
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磁单极子
jc168
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Observation of Magnetic Monopoles in Spin Ice
Authors: Hiroaki Kadowaki, Naohiro Doi, Yuji Aoki, Yoshikazu Tabata, Taku J. Sato, Jeffrey W. Lynn, Kazuyuki Matsuhira, Zenji Hiroi
(Submitted on 25 Aug 2009 (v1), revised 27 Aug 2009 (this version, v2), latest version 11 Sep 2009 (v4))
Abstract: From the symmetry of Maxwell's equations of electromagnetism as well as field theoretical arguments, magnetic charges or monopoles would be expected to exist. But magnetic monopoles have never been observed despite longstanding experimental searches. Recently, attention has turned to condensed matter systems where tractable analogs of magnetic monopoles might be found, and one prediction is for an emergent elementary excitation in the spin ice compound, where the strongly competing magnetic interactions exhibit the same type of frustration as water ice. We directly probe the monopoles in spin ice using neutrons, and show that they interact via the magnetic Coulomb force. Specific heat measurements show that the density of monopoles can be controlled by temperature and magnetic field, with the density following the expected Arrhenius law.
附件(277.3KB) Observation_of_Magnetic_Monopoles_in_Spin_Ice.pdf
Magnetic Charge Transport
Authors: S. T. Bramwell, S. R. Giblin, S. Calder, R. Aldus, D. Prabhakaran, T. Fennell
(Submitted on 6 Jul 2009)
Abstract: It has recently been predicted that certain magnetic materials contain mobile magnetic charges or `monopoles'. Here we address the question of whether these magnetic charges and their associated currents (`magnetricity') can be directly measured in experiment, without recourse to any material-specific theory. By mapping the problem onto Onsager's theory of weak electrolytes, we show that this is possible, and devise an appropriate method. Then, using muon spin rotation as a convenient local probe, we apply the method to a real material: the spin ice Dy2Ti2O7. Our experimental measurements prove that magnetic charges exist in this material, interact via a Coulomb interaction, and have measurable currents. We further characterise deviations from Ohm's Law, and determine the elementary unit of magnetic charge to be 5 muB per Angstrom, which is equal to that predicted by Castelnovo, Moessner and Sondhi using the microscopic theory of spin ice. Our demonstration of magnetic charge transport has both conceptual and technological implications.
附件(466.9KB) Magnetic_Charge_Transport.pdf
其实我不懂……
【 在 jc168 (Doraemon) 的大作中提到: 】
: 磁单极子是理论物理学弦理论中指一些仅带有北极或南极单一磁极的磁性物质,它们的磁感线分布类似于点电荷的电场线分布。这种物质的存在性在科学界时有纷争,截至2008年尚未发现这种物体。可以说是21世纪物理学界重要的研究主题之一。在2009年9月3日的《科学》杂志上
: 英国物理学家保罗·狄拉克(Paul Dirac)早在1931年利用数学公式预言了磁单极子的存在。当时他认为既然带有基本电荷的电子在宇宙中存在,那么理应带有基本“磁荷”的粒子存在。从而启发了许多物理学家开始了他们寻找磁单极子的工作。通过种种方式寻找磁单极子包括使
: 如果我们将带有磁性的金属棒截断为二,新得到的两根磁棒则会“自动地”产生新的磁场,重新编排磁场的北极、南极,原先的北极南极两极在截断磁棒后会转换成四极各磁棒一南一北。如果继续截下去,磁场也同时会继续改变磁场的分布,每段磁棒总是会有相应的南北两极。不
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