找不到的磁单极子

这是一种至今在理论上仍基本存在的物质。如果它们被发现，不仅现有的电磁理论将被大大修改，而且许多物理学和天文学的基本理论也将得到极大的发展。

电磁云

电磁学，电磁学，在许多人的印象中，电和磁就像是不可分离的孪生兄弟，他们也像一对亲密而幸福的夫妇，和他们的丈夫一起唱歌。说到电，磁性也不可避免地会被提及。说到磁性，电自然是不可或缺的。如果宇宙中充满了电磁波，它们对我们来说就像打雷一样，因为它们在宇宙中的天体和生物中起着极其重要的作用。它们是电和磁的统一。

电和磁有许多相似之处:带电体周围有电场，磁体周围有磁场。相同的电荷互相排斥，相同名称的磁极互相排斥。不同的电荷互相吸引，不同的磁极互相吸引。改变电场可以激发磁场，改变磁场也可以激发电场。摩擦能给物体带来电。如果磁铁的一极在铁棒上同向摩擦数次，铁棒也可以被磁化——物理学家法拉第和麦克斯韦创立了“电产生磁，磁产生电”的电磁场理论。

然而，事实上，就像一对幸福相爱的夫妇会有个性差异和其他不和谐一样，磁性和电性的夫妇并不是完全对称的，这种不对称在宏观和微观上都有所反映。从宏观上看，从地球、月球和行星到恒星、银河系和银河系外的星系，无数的天体和浩瀚的星际空间都有磁场，磁场对天体的起源、结构和演化有决定性的影响。然而，电场在太空中几乎是无声的，似乎对多彩的天文学没有任何贡献。从微观角度来看:在磁和电的关系中，磁更为重要。我们可以用磁性来限制电，但我们不能用电来限制磁(用电来产生磁性，如电磁铁，是另一回事)。在电现象中，带电体可以分为带正电荷和负电荷的粒子，正电荷和负电荷可以分开存在。然而，磁铁的磁极总是成对出现。无论磁针被分成多少部分或有多小，新获得的小磁铁总是有两个磁极。长期以来，人们从未发现过单一的磁极——磁单极子。

多年来，人们一直对电和磁的宏观和微观不对称性感到困惑，特别是为什么正负电荷可以独立存在，而单个磁极却不能单独存在，这充满了许多问题。

那么，磁单极存在吗？1931年，著名的英国物理学家狄拉克首次从理论上预言，磁单极子可以通过极其精细的数学和物理公式独立存在。他认为，既然电有基本的电荷——电子，磁性也应该有基本的磁电荷——磁单极子，这样电磁现象的完全对称性就可以得到保证。因此，根据电动力学和量子力学的合理推导，他提出磁单极作为一种新的粒子。以前，狄拉克曾预言过正电子的存在，并已被实验证实。这一次，他的磁单极假说也震惊了科学界。

在磁单极子的理论研究中，除了狄拉克最早的磁单极子理论之外，其他科学家也提出了各种各样的理论，每种理论都有自己的特点和基础。例如，著名的意大利裔美国物理学家费米也从理论上讨论了磁单极子，并认为它们的存在是可能的。中国物理学家、诺贝尔奖获得者杨振宁教授等著名科学家也从不同角度、不同程度上补充和完善了磁单极子理论。它们弥补了狄拉克理论的一些缺陷和不足，为磁单极子的假设提供了更坚实的理论基础。

痕迹很难找到。

随着磁单极子的出现，科学界掀起了寻找磁单极子的热潮。人们绞尽脑汁，采用各种方法来寻找这种理论上的磁单极子。

科学家们首先把他们的研究集中在古代地球的铁矿石和地球外部的铁陨石上，因为他们觉得磁单极子隐藏在这些物体中。然而，结果令他们失望:在地球的“原生”物质或属于“不速之客”的地球外的天体中没有发现磁单极子！

高能加速器是科学家实现发现磁单极子理想的另一个重要手段。科学家使用高能加速器加速原子核(例如质子)以撞击原子核，希望在理论上分离紧密结合的正负磁单极，以找到磁单极。美国科学家已经多次使用同步回旋加速器与高能质子的轻核碰撞，但是他们没有发现任何磁单极的迹象。这种实验已经做了很多次，结果都是否定的。

古代岩石探测和加速器实验所遇到的挫折并没有使科学家气馁，而是激发了他们的士气，鼓励他们拓宽思路。他们认为这可能是因为加速器能量不足。一方面，他们试图开发一种更强大的加速器，另一方面，他们专注于能量更大的自然宇宙射线，试图从宇宙射线中找到磁单极子的踪迹。从宇宙射线中发现磁单极子有两个理论基础:一个是宇宙射线本身可能包含磁单极子，另一个是宇宙射线粒子与原子、离子、分子等碰撞。在高层大气中产生磁单极子。他们曾经把希望寄托在一套高性能设备上，因为这种设备能够捕捉和记录非常微小、非常快速的电磁现象。他们期待着用这种装置来吸附宇宙射线中的磁单极子。不幸的是，这个装置也没能让他们实现他们的愿望，他们遭受了又一次充满希望的失望的沉重打击。

然而，科学家并不因此而气馁和放弃。他们仍在不断寻找机会。人类登上月球的实现在科学家心中点燃了一团燃烧的希望之火。科学家们把目光转向了这个寂静而荒凉的地方，因为月球上没有大气层，磁场也极其微弱。这应该是寻找磁单极子的好地方。1973年，科学家测试了阿波罗11号、12号和14号宇宙飞船返回的月球岩石，并使用了极其灵敏的仪器。然而，出乎意料的是，没有检测到磁单极子。

黎明已经来临。

在寻找磁单极子的过程中，人们总是一次又一次地失望。然而，在一次又一次失败的黑暗中，有一两次美好的希望的曙光。

一些物理学家认为磁单极子对周围的物质有很强的吸引力，所以它们会在感光基底上留下又厚又黑的痕迹。根据这一特点，1975年，一个美国科学研究小组用气球将感光底板送到极稀薄的空气中。经过几天几夜的宇宙射线照射，他们发现感光底板上有很厚很黑的痕迹。他们欣喜若狂，迫不及待地在随后的一次国际会议上宣称他们发现了磁单极子。然而，关于磁单极子是否留下了痕迹，会上有很多争论。大多数科学家认为这些痕迹显然是重离子留下的，但实验者仍然坚持认为这是磁单极留下的“杰作”。双方对此进行了激烈的争论，没有人能说服任何人。因此，到目前为止，谁留下了这些痕迹还是一个难以解决的悬案。

1982年，美国物理学家凯·布雷拉宣布在他的实验仪器中发现了一个磁单极子。他使用了一种叫做超导量子干涉磁力仪的仪器，并在实验室进行了151天的实验观察记录。经过仔细分析，实验得到的数据与磁单极理论提出的磁单极产生条件基本一致。因此，他认为磁单极子已经穿过了仪器中的超导线圈。然而，由于在将来没有类似于在那个实验中观察到的现象被重复观察到，在这种情况下磁单极的存在不能被证实。

最近，一组来自中国、瑞士、日本和其他国家的科学家报告说，他们发现了磁单极存在的间接证据。他们在一种叫做铁磁性晶体的物质中观察到异常的霍尔效应，并认为只有假设磁单极的存在才能解释这一现象。

尽管这些“发现”最终没有得到证实，但它们仍然给科学家增加了很多信心。

反常霍尔效应:美国物理学家霍尔(1855-1938)发现，如果一个电压加到磁场中的导体上，磁场的方向垂直于所加电压的方向，那么在垂直于磁场和所加电流方向的方向上会产生另一个电压。人们称这种电压为霍尔电压，这种现象称为霍尔效应。更一般地说，当导体中有电流时，电荷在里面移动。当导体中存在磁场时，导体中电荷载流子的运动将受到影响，因此这些电荷载流子可能偏向一侧。就像一条路，最初每个人都均匀地分布在路面上，向前移动。当有磁场时，每个人都可能被推到路的右边行走。因此，电压差将出现在道路的两侧(导体)。铁磁材料的霍尔效应通常由两部分组成。一般非磁性金属材料的电阻应该与外加磁场成正比，这就是所谓的一般霍尔效应。然而，在铁磁金属材料中，电阻也与材料的磁化强度有关，这被称为反常霍尔效应。