有没有磁单极子?

有没有磁单极子?

电和磁有许多相似之处。例如,带电体的周围有电场,磁体的周围有磁场。同种电荷相互推斥,异种电荷相互吸引;同名磁极互相推斥,异名磁极互相吸引。尽管电与磁有许多相似之处。但它们却有一个完全不同的性质。在电现象里,存在着电荷,电荷有正电荷和负电荷,而且,正、负电荷可以单独存在,物体可以带正电,也可以带负电。在磁现象里,长久以来,人们没有发现磁荷,更谈不上南极磁荷和北极磁荷,磁体的南极和北极不能单独存在,一块磁体,无论把它分割得多么小,总是南北两极同时并存,消失磁性也是南北两极同时消失。

但是,1931年,著名的英国物理学家狄拉克首先从理论上论证了在微观世界中存在着只有一个磁极的粒子——磁单极子。根据磁单极子的理论,电和磁之间的相似将更加完美。这理论的前景是动人的,吸引了一大批实验物理学家绞尽脑汁地到处搜寻,用各种方法在岩石中,在宇宙射线(即从宇宙空间飞来的粒子)中,在加速器实验中,去寻找磁单极子。但是,半个多世纪的时间过去了,都一无所获,没有找到磁单极子。因此,人们推测,磁单极子可能是在宇宙形成初期产生的,残存下来的为数极少,而且分散在广阔的宇宙之中,要找到磁单极子是十分艰难的。

1982年2月,35岁的美国物理学家凯布雷拉宣布,他取得了突破,找到了磁单极子。他把一个超导(电阻为零)铌线圈放入一个超导铝箔圆筒中,此圆筒能屏蔽掉外界磁场对其内部铌线圈的影响。当磁单极子进入圆筒,穿过线圈时,线圈中由于磁单极子造成磁通量的变化,产生了感生电流。实验所得的数据,跟磁单极子的理论完全符合。凯布雷拉测得的正是这种极为稀少的现象。不过,由于以后并没有重复观察到那次实验中观察到的现象。在实验物理中,现象只出现过一次,以后又没有观察到这一现像多次重复出现,这样的现象是不能肯定其一定存在,所以,至今还不能确证磁单极子的存在。

目前,寻找磁单极子的实验还在进行中,人们并不因寻找困难重重而沮丧泄气,恰恰相反,物理学家正兴致勃勃,乘胜追击,有关磁单极子的理论讨论也更深入了。如果磁单极子确实存在,现有的电磁理论就得作重大修改,对物理学的基础理论的发展,也将产生重大影响。人们期待着科学家们尽快揭开磁单极子是否存在之谜。