牛津大学物理学教授团队研制出磁场噪声波谱仪，人类首次听到磁单极子噪音

据物理学家组织网3日报道，英国牛津大学物理学教授塞穆斯·戴维斯率领一支实验物理学家团队，首次研制出一款磁场噪声波谱仪，让人类第一次“听”到了一个磁单极子流产生的磁噪声。

磁单极子是展现量子化磁荷的基本粒子。1931年，量子理论的先驱保罗·狄拉克首先从理论上用极精炼的数学物理公式预言，磁单极子是可以独立存在的。自此，很多科学家对其进行了深入研究。

理论认为，某些类型的磁绝缘体的热激发态会表现出磁单极子的所有特征。去年，布伦德尔和同事弗郎西斯卡·基施纳博士预测，这些化合物内部磁单极子的随机运动会产生一种特定的磁噪声。这些磁性绝缘体中的任何晶体应该会自发产生大量随机波动的磁场。然而比较麻烦的是，这种磁场的强度预计仅为地球磁场的十亿分之一。

戴维斯和同事创建了一个基于超导量子干涉装置（SQUID）的极其精确灵敏的磁场噪声波谱仪。借助它，科学家们在晶体Dy2Ti2O7中，预测的一个稠密磁单极子流特征展露无遗。因这种磁单极子的噪音出现在20k赫兹以下的频率范围内，当被SQUID放大时，人类实际上可以“听”到它。

戴维斯表示：“磁单极子是一种重要但极难捉摸的基本粒子，我们首次开发出了探测和研究磁单极子的新方法，能开展磁单极子物理学新的研究。”

美国物理学家提出新的暗物质候选者———暗磁单极子

据物理学家组织网近日报道，美国物理学家提出了一种新的暗物质候选者———暗磁单极子。而且他们认为，随着相关技术的不断成熟，可以通过探测电子通过时相位的变化探测到暗磁单极子的存在。

暗物质据信占宇宙的四分之一以上，其余大部分是更神秘的暗能量。我们无法直接看到暗物质，但暗物质的引力决定了遥远星系和其他天体的形状。

中国科学院高能物理研究所副研究员郭万磊13日接受科技日报记者采访是介绍说，暗物质通常认为是由一些尚待发现的粒子组成，其中最受青睐的候选者是弱相互作用有质量粒子（WIMP）。但经科学家多年努力追寻，WIMP迄今仍未“现身”。

在最新研究中，加州大学戴维斯分校物理学教授约翰·泰恩带领的团队提出了一种新观念：暗物质粒子是一种与暗光子相互作用的暗磁单极子，暗光子与普通光子之间会有微弱的耦合作用。

泰恩解释称，磁单极子的行为与磁铁的南极或北极的行为类似。尽管量子理论预测了磁单极子的存在，但从未在实验中发现过。暗磁单极子会与暗光子和暗电子相互作用，其作用方式正如理论预测电子和光子与磁单极子相互作用一样。

物理学家保罗·迪拉克曾预测，在磁单极子附近做圆周运动的电子的波函数中会出现相位变化——同一个电子从磁单极子的任意一侧通过，其相位在另一侧会略有变化，即所谓的“阿哈罗诺夫－玻姆效应（AB）”效应。

因此泰恩认为，可以根据电子通过暗磁单极子时相位的变化来探测到暗磁单极子。而且，这种暗磁单极子必须被太阳激发，然后历时一个月到达地球，以光速千分之一的速度行进。

不过，泰恩也指出，这种相位的改变非常微弱，比探测到引力波所需的相位改变都小，所需的技术还有待进一步成熟。

郭万磊表示：“最新研究首次提出利用阿哈罗诺夫－玻姆效应来探测暗磁单极子，这一想法有助于寻找暗物质，同时也值得我们进一步研究其应用。”

关于磁单极子：

理论物理学中，磁单极子是假设的仅带有北极或南极的单一磁极的基本粒子（类似于只带负电荷的电子），它们的磁感线分布类似于点电荷的电场线分布。更专业地说，这种粒子是一种带有一个单位“磁荷”（类比于电荷）的粒子。科学界之所以对磁单极子如此感兴趣，是因为磁单极子在粒子物理学当中的重要性，尚未被实验证实的大统一理论和超弦理论都预测了它的存在。这种物质的存在性在科学界时有纷争，截至2018年，尚未发现以基本粒子形式存在的磁单极子。可以说是21世纪物理学界重要的研究主题之一。一般观测到的磁双极可能是由两个相反方向且非常难分割的磁单极子组成。

按照目前已被证实的物理学理论，磁现象是由运动电荷产生的，尚未证实磁单极子的存在。

非孤立的磁单极准粒子确实存在于某些凝聚态物质系统中，人工磁单极子已经被德国的一组研究者成功地制造出来。但它们并非假设的基本粒子。

历史

1269年，彼德勒斯·佩雷格林纳斯在一封书信里提到，磁石必会有两极，“南极”与“北极”。19世纪早期，安德烈-马里·安培将这论述提升为假说。

目前的库仑定律只是针对电的定律，实际上当时，查尔斯·库仑也提出了磁的库仑定律，认为，两个磁荷间受到的力，与磁荷所带磁的大小成正比，与两个磁荷间的距离的平方成反比。但是，后来，随着安培定律等的发现，人们逐渐意识到，磁现象是由运动电荷产生的，没有独立的磁荷，因此，磁的库仑定律就被抛弃了。

英国物理学家保罗·狄拉克在1931年给出磁荷的量子理论。他的论文阐明，假若在宇宙里有任何磁荷存在，则所有在宇宙里的电荷量必须量子化。这条件称为“狄拉克量子化条件”。物理学者做实验发现，电荷量的基本单位为基本电荷，这事实与磁单极子的存在相符合，但并未证实磁单极子的存在。

自此之后，许多物理学家开始了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然发现了一条轨迹，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。