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磁单极子的新发现

 留贤书馆 2017-12-12

磁单极子的新发现

自19世纪以来,描述电现象的物理定律与描述磁现象的物理定律惊人地相似。然而,有一个可以使两个完全对称的东西消失了:磁单极子。虽然在基本粒子的形式中磁单极子仍然是难以捉摸的,但最近在工程物体上取得了一些成功,它们的行为就像磁单极子。现在,奥地利科学技术研究所的科学家们已经证明了有一种更简单的方法来观察这种磁单极子:他们已经证明了超流体的氦液滴从被浸没在它们内部的分子的角度来扮演磁单极子的作用。这种液滴已经被研究了几十年,但是直到现在,这个迷人的特性已经被完全忽略了。

当处理电荷时,很容易将正极和负极分开:带负电的电子代表负极,带正电的质子是相反的(正)极,每一个都是一个可以与另一个分开的粒子。对于磁铁,似乎它们总是有两根不可能分开的磁极:将一个偶极子磁铁切成两半,最后放上两个偶极磁铁,再次切割它们,你将得到更小的偶极磁铁,但是你不会能把北极与南极分开。在这个难题的挑战下,科学家们投入了大量的精力来构建有效地起到磁单极子的系统,并取得了成功:某些晶体结构被做成像磁单极子一样。但是现在,一个由理论物理学家和数学家组成的跨学科团队发现,这种现象也发生在分子系统中,这种系统不需要为这个目的而设计,但已经知道了很长一段时间。

纳米尺寸的超流氦液滴已经被研究了数十年,这是MikhailLemeshko教授和EnderalpYakaboylu博士后特别感兴趣的系统之一。以前,Lemeshko教授提出了一个新的准粒子,它极大地简化了这种旋转分子的数学描述,今年早些时候,他表明,这个准粒子,即“安格伦(Angulon)”,可以解释20多年来收集的观测资料。此外,Enderalp Yakaboylu还使用Angulon来预测这些系统以前未知的属性。然而,他们现在发现的超流氦液滴中的特性出人意料 –而且只有在他们与数学家AndreasDeuchert交换了意见之后,他才说:“看到这个特性出现在方程式中,我们所有人都感到惊讶。”在奥地利科学技术研究所这样一个强大的跨学科研究机构中,这种合作并不罕见,促进了不同领域研究团体之间的互动。

EnderalpYakaboylu补充道:“在其他的实验中,他们设计了一个系统,使之成为单极子,而在这里,这是另一种方式。这个系统是众所周知的,人们一直在研究旋转分子,直到我们意识到磁单极子一直都在那里。这是一个完全不同的观点。”

据研究人员介绍,这一发现为研究磁单极子提供了新的可能性。特别是,超流体氦液滴中磁单极子的出现与以前研究的其他系统有很大不同。“不同的是,我们正在处理的是一种化学溶剂,我们的磁单极子是在流体中而不是在一个固体晶体中形成的,您可以使用这个系统更容易地研究磁单极子。”MikhailLemeshko教授解释说。


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