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中學(xué)生物理小常識(shí):磁單極子之謎

2020.01.06

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把一根磁棒截成兩段,可以得到兩根新磁棒,它們都有南極和北極。事實(shí)上,不管你怎樣切割,新得到的每一段小磁鐵總有兩個(gè)磁極。因此,人們認(rèn)為磁體的兩極總是成對(duì)的出現(xiàn),自然界中不會(huì)存在單個(gè)磁極。

  然而,磁和電有很多相似之處。例如,同種電荷互相推斥,異種電荷互相吸引;同名磁極也互相推斥,異名磁極也互相吸引。用摩擦的方法能使物體帶上電;如果用磁鐵的一極在一根鋼棒上沿同一方向摩擦幾次,也能使鋼棒磁化。但是,為什么正、負(fù)電荷能夠單獨(dú)存在,而單個(gè)磁極卻不能單獨(dú)存在呢?多年來(lái),人們百思而不得其解。

  1932年,著名的英國(guó)物理學(xué)家狄拉克,從理論上預(yù)言磁單極是可以獨(dú)立存在的。他認(rèn)為:“既然電有基本電荷──電子存在,磁也應(yīng)該有基本磁荷──磁單極子存在?!彼倪@一預(yù)見吸引了不少物理學(xué)家用各種方法去尋找磁單極子。人們?cè)诟鞣N物質(zhì)中,如礦物、火山灰、隕石、月球土壤中尋找磁單極子;也在加速器產(chǎn)生的粒子中尋找過(guò)磁單極子,用的方法和最精密的儀器,但都一無(wú)所獲。漸漸地,人們認(rèn)為磁單極子可能根本不存在。

  但是,在1975年,美國(guó)科學(xué)家在高空氣球上探測(cè)宇宙射線時(shí),意外地發(fā)現(xiàn)了一條單軌跡。經(jīng)分析,認(rèn)為這條軌跡是磁單極子留下的痕跡。然而這并不能說(shuō)明真正找到了磁單極子。1982年2月14日,美國(guó)斯坦福大學(xué)的物理學(xué)家布拉斯·卡布雷拉宣布,他利用超導(dǎo)線圈發(fā)現(xiàn)了一個(gè)磁單極子,不過(guò)后來(lái)再?zèng)]有找到新的磁單極子。科學(xué)實(shí)驗(yàn)必須能經(jīng)得起多次的重復(fù),所以,僅有這一事例還不能證實(shí)磁單極子的存在。

  目前,尋找磁單極子的工作仍在繼續(xù)進(jìn)行,科學(xué)家們不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法,提高探測(cè)儀器的精度。實(shí)現(xiàn)理想也許要經(jīng)過(guò)好幾代人的努力,這是一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的任務(wù)。

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