发现磁单极子的理论研究与实验

我们知道，磁铁最奇妙之处是，在一条磁铁中，总有N极与S极，不管人们如何截断这个磁条。不过，在理论研究中，科学家预言，在自然界中应该存在着一种只有一个磁极的粒子，叫磁单极子。磁单极子是指一些仅带有北极或南极单一磁极的磁性物质。早在1931年的时候，英国物理学家狄拉克（1902～1984）就预言了磁单极子的存在。当时，他认为，宇宙中既然存在着带有基本电荷的电子，那么也就应该有带着基本“磁荷”的粒子存在。

狄拉克的预言启发了许多物理学家，大家纷纷开始了寻找磁单极子的工作。在寻找的过程中，科学家们用了很多种方法。科学家首先重点寻找地球上古老的铁矿石和来自地球之外的铁陨石上，因为他们觉得这些物体中，会隐藏着磁单极子这种“小精灵”。然而，结果却令他们大失所望：无论是在地球古老物质中，还是那些“不速之客”的天体物质中，均未发现磁单极子！

狄拉克

高能加速器是科学家寻找磁单极子的另一种重要手段。美国的科学家利用回旋加速器，用高能质子与轻原子核碰撞，但也没有发现磁单极子的迹象。这样的实验已进行了多次，得到的都是否定的结果。

宇宙射线的能量更大，科学家试图从宇宙射线中找到磁单极子的踪迹，结果依然是让人失望的。

当人类实现登月后，又重新在科学家心目中燃起了希望之火，他们把目光投向寂静荒凉的月球，月球上既没有大气，磁场又极微弱，应该是寻找磁单极子的好场所。1973年，科学家对“阿波罗11号”“阿波罗12号”和“阿波罗14号”飞船运回的月岩进行了检测，使用了极灵敏的仪器，但仍没有检测到任何磁单极子。虽然，在磁单极子的寻找过程中，人们“收获”到的总是失望，也曾闪现过一两次希望的曙光。(www.xing528.com)

磁单极子对周围物质有很强的吸引力，所以它们会在感光底板上留下又粗又黑的痕迹。1975年，美国科学家用气球将感光底板送到空气极其稀薄的高空，经过几昼夜宇宙射线的照射，他们还真的发现感光底板上有又粗又黑的痕迹。于是他们迫不及待地在随后召开的一次国际会议上声称，他们找到了磁单极子。那真的是磁单极子留下的痕迹吗？会上引起了很大争论。大多数科学家认为，那些痕迹很明显是重离子留下的“杰作”。

1982年，美国物理学家宣布，发现了一个磁单极子。借助一种新式的磁强计，在实验室中进行了151天的实验观察记录。经过周密分析，所采集的数据与磁单极子产生的条件基本吻合，因此认为，有磁单极子穿过仪器中的超导线圈。由于没有重复观察到类似的现象，所以这还不能确证磁单极子的存在。

虽然这些“发现”都没有得到很确凿的证据，但还是给科学家们增添了很大的信心。

在电磁理论中，磁是由电流或变化的电场产生的，S极和N极总是同时存在的，根本就不存在磁单极子。1931年，狄拉克得出磁单极子的理论则是立足于量子力学理论。20世纪70年代以后建立起来的新的粒子理论和早期宇宙的演化过程中都要求存在磁单极子。所以，探测磁单极子也就成了确立粒子物理理论和宇宙演化理论成立重要的证据。

虽然磁单极子假说还没有能在实验上得到证实，但它仍是当代物理学上理论研究和实验的重要课题之一。如果磁单极子存在，就要对电磁理论作重大修改，并且使物理学和天文学的基础理论有重大的发展，人们对宇宙起源和演化有更加深入的认识。