科学家通过加快器将原子核加快到靠近光速并进

作者:admin发布时间: 2019-09-11浏览次数:

  “找到磁单极子的质量下限,很是令人兴奋,”俄克拉何马大学的理论物理学家金博尔·米尔顿(Kimball Milton)说,“当然,若是有人实的发觉磁单极子,就更令人兴奋了。”

  电取磁具有高度的类似性。然而,它们又有着底子的分歧:天然界遍及存正在着零丁照顾正电荷或负电荷的粒子,但零丁照顾南磁极或北磁极(单一“磁荷”)的磁单极子(Magnetic monopole)却似乎并不存正在。磁体老是同时具有南北两个磁极,无论将其切割到何等小,我们总会获得同时具有南北磁极的磁体。

  1931年,英国物理学家狄拉克(Paul Dirac)提出了磁单极子理论,他指出,只需中存正在任何一个磁单极子,电荷的量子化现象(即任何带电物体的电荷量都是根基电荷的整数倍)便能够获得天然的注释。当今,包罗弦论和大同一理论正在内的一些物理理论,也预言了磁单极子的存正在。现实上,即便探测到一个磁单极子,也将从底子上改变我们对电磁学甚至整个物理学的认识。

  磁单极子能否存正在仍是一个谜:也许它底子不存正在,电取磁的对称性也因而并不完满;也许它的质量太大,只能正在能量极高的大爆炸中发生。然而,有一件事是确定的,对磁单极子的搜索仍将继续下去。

  国度科技根本前提平台从理论上预言磁单极子的性质,将对相关的搜索尝试发生极为主要的指点意义。>

  正在原子核碰撞尝试中,科学家通过加快器将原子核加快到接近光速并进行对撞,所发生的致密物质将具有极强的,温度也能够达到太阳核心温度的 10 万倍以上。科学家猜测,倘若磁单极子实的存正在,该当能够正在这种中发生。由于磁单极子的质量越小,科学家正在尝试中不雅测到它的可能性就越大;所以若是它的质量脚够小,科学家该当早已不雅测到它的存正在。然而,数十年来,正在欧洲核子研究核心的超等质子同步加快器(Super Proton Synchrotron)的铅查对撞尝试中,从未不雅测到磁单极子的信号,这意味着磁单极子的质量该当不会太小。由此,古尔德和拉扬蒂耶估测,磁单极子质量该当不小于质子质量的 10 倍。

  中子星构成于大质量恒星灭亡时的引力坍缩,同时伴跟着的迸发。中子星具有极强的及极高的温度,该当也能够发生磁单极子。发生的磁单极子能够被中子星的加快到接近光速,从而逃离引力的。而这一过程会带走中子星的能量,使其强度降低。同样,磁单极子质量越小,就越容易正在中子星的内部或概况发生并带走能量;因而,磁单极子质量的大小会影响中子星能够获得的最大强度。通过中子星的强度,他们又揣度出,磁单极子的质量下限约为质子质量的1/3。他们同时指出,对中子星内部的深切研究能够进一步切确该下限值。

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  磁单极子理论也激发了凝结态物理学家的热情。例如,英国大学的卡斯特尔诺沃(C. Castelnovo)及合做者于2007年正在理论上提出,具有磁单极子性质的雷同物(它们等效于单一“磁荷”,彼此感化力好像电荷那样恪守库仑定律)能够正在名为自旋冰(Spin ice)的一类特殊磁性材猜中存正在。2009 年,德、法两国科学家正在《科学》(Science)同期颁发文章,报道了他们别离正在两种人制自旋冰材猜中不雅测到了磁单极子的雷同物。此外,科学家也正在液氦超流体等系统中不雅测到了磁单极子的雷同物。然而,这些磁单极子的雷同物并非狄拉克所提出的以“根基粒子”形式存正在的磁单极子。

  理论上,磁单极子能够正在极强、温度极高的极端中自觉发生;而且磁单极子质量越小,发生它所需的能量就越小,它也就越容易发生。伦敦帝国理工学院的奥利弗·古尔德(Oliver Gould)和 阿尔图·拉扬蒂耶(Arttu Rajantie)研究了能够发生磁单极子的两种系统——中子星概况以及原子核碰撞过程,然后给出了磁单极子质量的最小值,相关研究已于 2017 年 12 月颁发正在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。从理论上预言磁单极子的性质,将对相关的搜索尝试发生极为主要的指点意义。

  当前,科学家正在理论上提出了分歧的磁单极子的产朝气制,同时也会给出分歧的磁单极子质量。拉扬蒂耶暗示,他们这项研究给出的磁单极子的质量最小值,是目前不依赖于这些磁单极子产朝气制的最好成果。2018年,欧洲核子研究核心将通过大型强子对撞机进行铅查对撞尝试,并继续寻找磁单极子,此中的MoEDAL 探测器(Monopole and Exotics Detector at the LHC)将是寻找它的抱负场合。