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物理学中的独角兽 磁单极子 藏在哪里?
www.creaders.net | 2022-05-31 15:58:51  煎蛋网 | 0条评论 | 查看/发表评论
 

  磁单极子是现代物理学中的独角兽,也就是说是很美好、但从来没有人见过的神话生物。说没人见过或许有些不准确,在1980 年代初的,曾经有物理学家宣称捕捉到磁单极子存在的证据,但孤立事件无法被检验,所以这件事沦为当代物理学的传说。

物理学中的独角兽 磁单极子 藏在哪里?

(示意图)

  当然,或许我们找错了地方?一个国际研究团队最新的工作,进一步缩小了需要我们探索的范围。

  在大气层上空的混乱环境里,他们借助之前高灵敏度的实验结果——来自强大的加速器——假定可以从混乱的大气上空中探测到的相同线索。

  模拟高速宇宙射线炸开的原子碎片中产生磁单极子的过程,该团队可以自信地对制造磁单极子所需的能量设定一些硬性限制。

  这并不是我们想要的激动人心的宣告,但这就是科学的运作方式。坦率地说,它值得等待。

  如果磁单极子是独角兽,那么电荷就是马。他们很努力,很容易被找到,没有人会说马不存在。

  在 19 世纪推导电磁方程时,苏格兰数学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦模拟了电子的运动。由此,我们得到电流和磁场的特征。

  问题是,我们也可以替换方程的参数,并使用负电荷的磁当量。结果就是一个磁单极子。有趣的是,这些相同的方程现在揭示了移动磁场如何感应电流。

  物理学是建立在这样的对称性的基础上的,尽管它本身可能只是数学投射的阴影,几乎无法证明磁单极子的真实存在。

  直到量子物理学的曙光,理论家保罗·狄拉克(Paul Dirac)才以新的眼光重新考虑这种对称性,通过更复杂的方法进行推理,即如果宇宙中存在单个磁单极子,则电荷必须以离散的大小出现。

  事实上,再次“量子化”并不能证明任何事情。但是随着量子场论的发展,一点一点地,也未排除掉磁单极子的存在性。

  事实上,在 1970 年代,当物理学家开始意识到量子场在足够高的能量下变得无法区分时,很明显会出现一种波,其行为就像磁单极子一样。

  半个世纪后,对物理学独角兽的追捕仍在继续,希望——如果抓住一只——我们也将获得关于物理学如何从一个统一的高能理论中出现的线索。

  在大多数情况下,尽管进行了很多寻找,但却总是空手而归。斯坦福实验的一个小插曲曾短暂引发争论,但由于无法复现,它被视为“只是科学中发生的事情之一”。

  大多数搜索都集中在筛选出可能在早期宇宙熔炉中产生的磁单极子。但是解释模型在细节上令人沮丧,这意味着我们只能冒险猜测它们的行为。

  粒子加速器可以从黑暗中“冲”一个出来,但前提是磁单极子可以从相对较低的能量中产生。

  另一方面,宇宙射线总是在地表喷射出大量的油腻的奇异粒子,能级超过我们的对撞机。

  如果其中一个碰巧在未来吐出一个适当丰满的磁单极子,我们最好不要错过。根据这项研究的结果,像南极冰立方中微子天文台这样的实验可能是发现它们的最佳位置,只要它们有足够的质量。

  毕竟,一只巨大的独角兽可以藏身的物理角落只有这么多。

  这项研究发表在《物理评论快报》上。

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