关于磁单极子的研究和讨论 物理学院 朱彬 PB12203082
磁单极子及磁洛伦兹力的探讨课件
当磁单极子在磁场中做圆周运动 时，其产生的磁场与普通磁铁产
生的磁场相同。
04
磁单极子与磁洛伦兹力的实 验验证
实验设计思路
建立磁场模型
选择合适的实验材料
为了验证磁单极子和磁洛伦兹力的存在， 需要建立一个合适的磁场模型，以便进行 实验操作和数据分析。
根据磁场模型的要求，选择具有磁性的材 料作为实验对象，如铁、钴、镍等。
03
磁单极子与磁洛伦兹力的关 系
磁单极子产生的磁场
磁单极子具有正负极性，能够产生磁场。
磁单极子的磁场分布与普通磁铁的磁场分布不同，其磁场线呈闭合曲线，没有N极 和S极的分离。
磁单极子的磁场强度与普通磁铁的磁场强度相同，均由磁单极子的磁荷量决定。
磁单极子在磁场中的受力分析
磁单极子在磁场中受到洛伦兹力 的作用，该力的大小与磁单极子 的磁荷量、磁场强度以及磁场的
磁单极子及磁洛伦兹力的探讨课件
目录 Contents
• 磁单极子简介 • 磁洛伦兹力概述 • 磁单极子与磁洛伦兹力的关系 • 磁单极子与磁洛伦兹力的实验验证 • 未来研究方向与展望
01
磁单极子简介
磁单极子的定义
01
磁单极子是指只具有N极或S极单 一磁极的磁性物质。
02
与常规的磁铁不同，磁单极子具 有长程的磁场，其磁力线呈闭合 曲线，因此不存在磁场消失的问 题。
确导向和控制。
新材料与新技术的应用
1 2
新材料的发现与应用
随着新材料技术的不断发展，有望发现具有优异 磁性能的新型材料，为磁单极子和磁洛伦兹力的 研究提供新的实验平台。
数值模拟技术的应用
利用高性能计算机进行数值模拟，可以更深入地 理解磁单极子和磁洛伦兹力的行为和机制。
磁单极子探究
磁单极子探究摘要：物理学中的大部分定理和推论美在它的对称性，而最为经典的麦克斯韦方程组却存在不对称性。
出现不对称的关键在于是没有证据表明存在磁单极子。
本文对磁单极子存在下的麦克斯韦方程组进行推导，定义磁荷密度、磁流密度和电化磁流矢量，并给出磁荷守恒定律。
若假设磁单极子存在，在静场条件下，我们分情况讨论了麦克斯韦方程组的求解方法，以及磁单极子存在时电磁波的传播与辐射，并推导出磁单极子存在下的由时谐波形式构成的亥姆霍兹方程和磁荷守恒定律，以及良磁导体的条件。
我们还提出了一个磁单极子模型，该模型基于激光冷却方法控制原子，设想重新按原子的固有磁矩方向排布。
最后我们通过建立一种的电子与磁子模型，在量子力学框架内重新解释电子与磁子，并说明二者是同种粒子的不同状态。
关键词：电单极子，磁单极子，麦克斯韦方程组，电磁波，磁矩，激光冷却，磁单极子模型，电磁关系。
一、引言物理学中的大部分定理和推论美在它的对称性，而最为经典的麦克斯韦方程组却存在不对称性，关键就在于是否存在磁单极子，为此我们做出一些假设磁单极子存在的推导。
历史上对于磁单极子有很多大家都进行过预言，英国物理学家狄拉克首先在理论上预言磁单极子的存在并推到其可能存在的性质，狄拉克提出的磁单极子不仅使麦克斯韦方程组就有了完整的对称性，而且可以解释电荷量子化现象。
设磁单极子的磁荷量为g ，根据狄拉克的电荷量子化条件，电荷e 与磁荷g 有定量关系()/(2)e n hc g =。
其中n 使任意常数，c 为光速，h 为普朗克常数。
但磁子与电子必然有着内在联系，也有人已经用用纤维从理论对其进行了证明。
本文将运用一种新的电磁子，并引入量子化的以太对一些电磁理论进行新的探索。
对于麦克斯韦方程组中，B 0∇⋅=，而e D ρ∇⋅=，这就说明在现实世界中只有电荷存在，而磁荷却不存在，电荷可以激发电场，却没有磁荷激发磁场。
即存在非对称性，而在运动的电磁学研究中，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，在这一点上电磁学却满足完美的对称性。
论磁单极子
Ｂ ＝ｕ Ｉ ２ ｒ Ｏ／ｎ
至此 ，证 实对直 导线周 围 的磁感应 强度 公式 。
三 、 磁体 和 磁 单 极 于 是 统 一 性 的 前 面 提 到 磁 单 极 子 就 是 构 成 磁 场 的 粒 子 。 在 已 有 的 磁 体 及 磁 现 象 中 ，磁 体 总 是 表 现 为 两 极 性 。磁 体 两 极 性 和 磁 单 极 子 是 否 矛 盾 昵 ？ 答 案 是 不 矛 盾 的 。磁 体 两 极 性 和 磁 单 极 子 是 统 一 的 ， 也 就 是 说 ，磁 体 两 极 性 可 以 用磁单极子来解释 。 （ ）通 电 螺 线 圈 的 磁现 象 一
磁极相互 吸引”。
单 极 子 （ 场 矢 量 ）发 生 坡 磁 耦 合 ， 产 生 坡 磁 磁 电场 ，坡 磁 电场 作 用 于 电 子 ， 电 子 把 力 传 递 给 晶 格 ，从 而 使 小 磁 针 发 生 偏 转 。 （ ）对 直 导 线 周 围 的 磁 感 应 强 度 的 分 二 析
二 、分析奥斯特实验 在 奥 斯 特 实 验 中 ， 当 导 线 中 有 电 流 通 过
时 ， 小 磁 针 发 生 偏 转 ， 改 变 导 线 中 电 流 的 方
电 流 从 螺 线 圈ａ 的ａ 和 螺 线 圈 ｃ 的 ｃ ｂ Ｎ ｄ 端 流 入 。根 据 右 手 螺 旋 定 则 ， 螺 线 圈 ａ 的ｂ 为 ｂ 端 Ｓ ，螺 线 圈 ｃ 的 Ｃ 为Ｎ 。 螺 线 圈ａ 和 螺 线 极 ｄ 端 极 ｂ
在 图 （ ） 中 ， 把 通 电线 圈ｃ 换 成 条 形 磁 １ ｄ 铁 ，就可 以分 析通 电螺线 圈与条 形磁 铁之 间
的 磁 现 象 ，如 图 （ ） ２
ａ
碱财 Ｎ ■■■［二二 二］ｓ
磁单极子存在的可能性及其物理意义是什么
磁单极子存在的可能性及其物理意义是什么在物理学的广袤领域中，磁单极子一直是一个神秘而令人着迷的概念。
我们日常生活中所熟悉的磁现象，往往都是由磁偶极子产生的，比如磁铁总是有南北两极。
然而，磁单极子——即孤立的、只有一个磁极（北极或南极）的粒子，其存在与否一直是科学界长期探讨的问题。
要探讨磁单极子存在的可能性，首先得回顾一下电磁学的基本理论。
麦克斯韦方程组完美地描述了电场和磁场的行为，但在这些方程中，电和磁的表现并不是完全对称的。
电荷可以单独存在，而磁极总是成对出现。
这就引发了一个思考：如果自然界是高度对称和优美的，那么磁单极子是否也应该存在，以使得电磁现象在某种程度上达到更完美的对称？从理论物理学的角度来看，一些大统一理论预言了磁单极子的存在。
大统一理论试图将电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用统一在一个框架下。
在这些理论中，磁单极子的出现与早期宇宙的相变过程有关。
据说在宇宙诞生的极早期，温度极高，各种相互作用是统一的。
随着宇宙的冷却和膨胀，发生了一系列的相变，就有可能产生磁单极子。
然而，尽管有理论的支持，实验上却一直没有确凿的发现。
这使得磁单极子的存在仍然处于假说的阶段。
但科学家们并没有放弃寻找的努力。
在实验方面，人们设计了各种精密的实验装置来探测磁单极子。
比如，利用超导量子干涉器件（SQUID）来检测极其微弱的磁信号，或者在高能加速器实验中寻找可能产生的磁单极子。
那么，如果磁单极子真的被发现存在，它将具有极其重大的物理意义。
首先，磁单极子的存在将完善我们对电磁学的理解。
电磁学理论将会得到修正和扩展，使其更加对称和优美。
这将不仅仅是对现有理论的小修小补，而是一次根本性的变革，可能会引导我们发展出全新的电磁学理论。
其次，它对于粒子物理学的发展也将产生深远的影响。
磁单极子的性质和相互作用将为我们揭示更多关于物质基本构成和相互作用的奥秘。
它可能成为一种新的基本粒子，与已知的粒子相互作用，从而改变我们对粒子世界的认识。
磁单极子的搜索与研究
磁单极子的搜索与研究磁单极子是指只有一个极性的磁性粒子，与普通的磁铁不同，普通的磁铁是由南北两极组成。
尽管在理论物理中，磁单极子早在1931年由理查德·费曼和其他科学家提出，但至今仍未在实验中被发现。
因此，磁单极子的研究不仅是物理学的一项挑战，也引起了多个领域科学家的广泛关注，包括高能物理、凝聚态物理以及宇宙学等。
磁单极子的理论基础磁单极子的概念在经典电磁学中，磁场由电流产生，并伴随永远存在的南北极对。
2009年，物理学家们提出量子色动力学(QCD)模型，为磁单极子的存在提供了新的支持。
在这个模型中，可以想象到原本由多个夸克产生的复合粒子，可以将其扩展为单个具有单一磁性极性的粒子。
参与者与基本粒子在研究磁单极子的过程中，各种基本粒子之间的相互作用揭示了它们可能的关联。
包括但不限于光子、胶子、电子和夸克等。
由于磁单极子很可能与这些基本粒子的相互作用有关，因此对它们的深入研究至关重要。
唯一性与对称性如此独特的单极状态会引发众多物理现象。
这些现象都是基于一些深层次的对称性原理探讨，例如醉汉对称性和U(1)对称性（电荷守恒），它们在粒子物理和弦理论中起着重要作用。
有些理论认为，在大统一理论(GUT)框架下，磁单极子的出现只是一种量子纠缠和对称性破缺的结果。
磁单极子的实验搜索磁单极子的预测尽管在理论上有许多支持磁单极子的论据，但迄今为止，并没有直接的实验证据来证实其存在。
最早的磁单极遍布工作的尝试始于20世纪70年代，随后许多研究工作为寻找这些神秘粒子而努力。
研究者们通过构建强大的加速器设施，对可能的衰变过程进行模拟与观测，以期捕获它们。
加速器实验高能物理实验，如大型强子对撞机(LHC)，为寻找磁单极子提供了优越的平台。
科学家们设计了一些具体的实验例程，试图在碰撞过程中生产出磁单极子。
例如，有学者探讨了将现有粒子转化成具有不同相互作用性质的新型粒子的可能性，从而生成磁单极子的候选者。
天文观测除了加速器实验外，一些新兴领域正在利用天文观测技巧来寻找原料。
磁单极的若干方面研究
磁单极的若干方面研究磁单极子既磁铁的单独N极或S极,也即自由磁荷。
对于磁铁它的磁极总是成对出现的,无论我们怎样分割它总是存在两个磁极,直到无限小。
1931年英国著名的物理学家、量子力学的创始人之一狄拉克首先从理论上预言了磁单极的存在。
这个预言引起了科学家极大的兴趣,从而开创了磁单极研究的新的时代。
这种物质的存在性到目前为止还是个谜,人们在实验中还没有发现以基本粒子形式存在的磁单极,但是人们从理论上对磁单极作了各种详尽的探讨。
1 磁单极子的特性(1)质量大。
在真空磁场中,磁单极子的能量增加率为:2.06×104(g/go)ev/G.cm两个磁荷相等磁单极的相互作用能为≈5000WE(为两个点电荷的相互作用能),在麦克斯韦理论中,电子的质量类似地,可以根据磁单极子的相互作用能估计磁单极子的质量,最小的磁单极子的质量mg=5000me这样表明磁单极子的质量是很大的。
磁单极子的质量是质子质量的1016倍,达到20毫微克。
如果我们用加速器来产生磁单极子,它们就会成对出现,一个是正的,另一个是负的。
到目前为止,加速器的能量远小于上述能量,故不可能在加速器中找到磁单极子。
(2)具有极强的游离能力。
在较高速下,其游离能力是电子的18000倍,在低速下更大。
所以磁单极子在通过物质时,将迅速损失能量。
如通过乳胶时,会留下一条径迹。
(3)非常稳定。
因磁单极子强度守恒,它不会自行消灭。
若要湮灭,一定存在大小相等符号相反的另一磁单极子,并与其发生作用,同时释放出某种形式的能力。
(4)在磁场中加速。
H=103Oe( ),则磁单极子在磁场中每前进一厘米,将得到41兆电子伏特的能量。
(5)被抗磁质所排斥,被顺磁质所吸引。
如把磁单极子嵌进抗磁质石墨中,需要作功十分之几电子伏特,而把它从顺磁质如铬的晶体中拉出需要作功几十电子伏特。
2 研究磁单极的重大意义(1)如果确实探测到磁单极子,那么带相反极性的北单极子和南单极子就恰好与带正负电荷的质子和电子相对应。
磁单极子的物理特性与应用
磁单极子的物理特性与应用磁单极子是指只具有一个磁极，而没有相对应的另一个磁极的磁子。
磁单极子从理论上来说是存在的，但是至今还没有直接的观测到。
然而，在物理领域中，磁单极子的概念已经被广泛地应用了。
本文将对磁单极子的物理特性以及应用做一个简单的介绍。
一、磁单极子的物理特性1. 理论上的存在在理论物理中，磁单极子被认为是存在的。
事实上，从热力学计算中得到的有效磁荷证明了存在磁单极子的可能性。
但由于在实验中没有发现任何单独的磁荷，所以称之为“假象”物理学，但是人们相信它将会在未来的实验中被观测到。
2. 奇异性磁单极子具有奇异性，这意味着磁场与磁荷之间存在类似电荷和电场的关系。
同样类似于电学中电荷和电荷之间存在电场相互作用的情况一样，磁荷和磁荷之间也存在磁场相互作用。
3. 磁单极子和电测量单位之间的关系磁单极子和物理电学单位之间存在着关系。
单位电流等于单位电荷流经物理电学中的单位电阻，而单位磁荷等于单位磁单极子在磁场力作用下移动所需的单位力。
二、磁单极子的应用1. 磁单极子作为天然磁体在磁学中，我们知道，磁体是谁与带电粒子的相互作用来获得能量的磁场。
磁单极子可以作为天然的磁体，由于磁单极子具有奇异性，可以对周围环境中的磁场强烈的引导和加强作用，可以提高磁体的强度，提高其性能。
2. 用于制作超导磁体超导磁体是一种主要用于物理学中的重要仪器，常见于核磁共振、粒子加速器等领域。
现在的超导磁体中常常需要利用超导材料抵抗电阻，以防止电流损耗和热产生。
而这类材料中，磁单极子的存在对电性能的影响较大。
因此，磁单极子也被广泛地应用于制作超导磁体。
3. 应用于计算机存储器传统的计算机存储器通常是基于磁性操作，而基于磁单极子技术的计算机存储器被认为将大大提高计算机的运行速度。
这是因为，磁单极子具有偶极磁矩和垂直磁域特性，可以更加灵活地实现存储。
结语虽然我们目前还没有发现单独的磁荷存在，也即磁单极子，但是由于其在物理学中的广泛应用，磁单极子理论研究的深入，对于磁学领域的发展都起到了积极的促进作用。
磁单极子
科学家首先把寻找的重点放在古老的地球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， 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“ 这种“小精灵”。然而结果却令他们大失所望：无论是在“土生 土长”的地球物质中，还是那些属于“不速之客” 土长”的地球物质中，还是那些属于“不速之客”的地球之外的 天体物质中，均未发现磁单极子！ 天体物质中，均未发现磁单极子！ 高能加速器是科学家实现寻找磁单极子美好理想的另一种重 要手段。科学家利用高能加速器加速核子(例如质子 例如质子)， 要手段。科学家利用高能加速器加速核子 例如质子 ，以之冲击 原子核，希望这样能够使理论中的紧密结合的正负磁单极子分离， 原子核，希望这样能够使理论中的紧密结合的正负磁单极子分离， 以求找到磁单极子。美国的科学家利用同步回旋加速器， 以求找到磁单极子。美国的科学家利用同步回旋加速器，多次用 高能质子与轻原子核碰撞， 高能质子与轻原子核碰撞，但是也没有发现有磁单极子产生的迹 象。这样的实验已经做了很多次，得到的都是否定的结果。 这样的实验已经做了很多次，得到的都是否定的结果。
虽然这些“发现”最终都没有得到很确凿的认证， 虽然这些“发现”最终都没有得到很确凿的认证，但还是给 科学家们增添了很大的信心。 科学家们增添了很大的信心。 尽管磁单极子理论不断地得到进一步地完善，但是， 尽管磁单极子理论不断地得到进一步地完善，但是，人们还 是不得不面对这样一个事实，那就是，与磁单子理论不断“前进” 是不得不面对这样一个事实，那就是，与磁单子理论不断“前进” 的形势相比，对磁单极子的寻找却几乎是“原地踏步” 的形势相比，对磁单极子的寻找却几乎是“原地踏步”，理论和 实践相比，出现了极大的“不对称” 实践相比，出现了极大的“不对称”，实践成了磁单子学说中的 一条“短腿” 一条“短腿”。 经历了这么长时间的寻找， 经历了这么长时间的寻找，可以说没有一个科学家敢于理直 气壮地声称自己完全真正找到了磁单极子，于是， 气壮地声称自己完全真正找到了磁单极子，于是，导致了关于磁 单极子是否真的存在的疑云的产生， 单极子是否真的存在的疑云的产生，并且这种疑云渐渐地越积越 浓重地笼罩着科学界，并引发了新一轮的、 厚，浓重地笼罩着科学界，并引发了新一轮的、更加激烈的关于 磁单极子的争议。 磁单极子的争议。
关于磁单极子的几种设想
关于磁单极子的几种设想
陆晶金
【期刊名称】《科教文汇》
【年(卷),期】2012(000)024
【摘要】电和磁联系相当紧密,电和磁又有许多相似之处,既然电荷有单个的正电荷与负电荷,为什么就不能有单个的“磁荷”存在呢?科学家对“磁单极子”在不断地探索和研究,但迄今为止没有可靠的证据表明“磁单极子”的存在.本人在学习和教学中,归纳总结了“磁单极子”的三种设想,(1)“磁单极子”根本不存在;(2)“磁单极子”就像科学家预言那样确实存在；(3)本人想象中的“磁单极子”确实存在但单个“磁荷”不存在.并对这三种设想的理由做了些我个人认为是理由的阐述,以供同行们参考.
【总页数】2页(P94-95)
【作者】陆晶金
【作者单位】福建省屏南职业中专学校福建·屏南352300
【正文语种】中文
【中图分类】O41
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关于磁单极子的探索
关于磁单极子的探索陆海燕【期刊名称】《物理通报》【年(卷),期】2014(000)011【摘要】Since the concept of magnetic monopoles was presented by Dirac ,scientists have been trying to find it .Researches in theory were conducted deeply ,but scientists still can't find the evidence of their existence in the experiment . This paper introduced the presentation , unit and nature of magnetic monopoles from the perspective of sym metry of Maxwell's equations and charge quantization . And introduced the exploration of magnetic monopoles in experiments .Scientists had observed quasi-particle of magnetic monopoles in the spin ice after the two famous experiments in history .%磁单极子的概念自狄拉克提出以来，科学家一直都在努力寻找。
虽然在理论上进行了深入的研究，但是在实验中，迄今仍然没能找到它们存在的确凿证据。
文章从麦克斯韦方程组的对称性及电荷量子化的角度介绍了磁单极子的提出，磁单极子的单位及性质。
并介绍了关于磁单极子的实验探索，除了历史上著名的两次实验外，科学家还在自旋冰中观察到磁单极子的“准粒子”。
【总页数】3页(P122-124)【作者】陆海燕【作者单位】南京师范大学教师教育学院江苏南京 210097【正文语种】中文【相关文献】1.关于磁单极子问题研究的一种新的尝试 [J], 倪卫新;孙凯2.舰船磁场磁单极子阵列法建模技术 [J], 郭成豹; 殷琦琦3.磁单极子噪音被“听”到 [J],4.电磁场的普遍对称性与磁荷和磁单极子——浅谈大学电动力学课程中的对称性及其应用 [J], 袁明月;李彤;黄小燕;林方;张志友;聂娅;王磊;余天;龚敏5.磁单极子噪音首次被“听”到 [J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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寻找磁单极子的艰苦历程
曾经在2009年，德国和法国的两个科学家小组在9月4日出版的《科学》 杂志上报告他们在一种特殊的晶体中观察到了 “磁单极子”的存 在！！！但是事实证明这只是一个美丽的“误解”。 在两篇论文中，德国亥姆霍兹材料与能源中心的乔纳森· 莫里斯 （Jonathan Morris）领导的团队和法国 Laue-Langevin研究所汤姆· 芬内 尔（Tom Fennell）领导的团队分别报告在自旋冰晶体中观察到了类似 磁单极子的“准粒子”。之前的一些研究中已经有迹象显示这种准粒 子可能存在，此次两个团队的发现首次确凿地证实了这一点。
莫里斯和同事则用磁场将自旋冰里的弦进行扩展，然后 用中子散射来证明这些弦真的存在，进而证明弦的两端 分别有北极和南极。狄拉克曾经预言过“狄拉克弦”， 那是一条假想的连接两个磁单极子的一维曲线。莫里斯 等人的确探测到了弦的存在，但狄拉克弦理论上是无法 观测到的，所以二者仍有区别。莫里斯等人获得的磁单 极子也非真正的粒子。
2013-6-15
Make Presentation much more fun
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寻找磁单极子的艰苦历程
是在1970年代，美国斯坦福大学的物理学家布拉斯· 卡布雷拉（Blas Cabrera）用电线建造了一个仪器，来探测宇宙射线中的磁单极子。假 如有磁单极子从仪器中通过，仪器就会得到一个8磁子（磁子是一个 常数）的信号。他确实得到了一些信号，但都是一两磁子而已，从来 没有超过3磁子。 1982年的情人节，卡布雷拉没有到实验室工作。而当他再次回到 办公室的时候，惊讶地发现仪器恰恰在情人节这天记录到了一个8磁 子的信号。此后，卡布雷拉建造了更为大型的探测器，想要寻找更多 这样的信号，却再也没有找到。著名物理学家史蒂芬· 温伯格在1983年 的情人节还专门写了一首诗送给卡布雷拉：“玫瑰是红色的，紫罗兰 是蓝色的，是时候找到单极子了，第二个！” 可是直到今天，并没有人再次找到过磁单极子，卡布雷拉当年的 发现也因此令人生疑。物理学家们尝试过在月面物质样本中寻找，也 尝试过在粒子加速器的碰撞实验中寻找，但都一无所获。
2013-6-15
磁单极子的最先提出
英国物理学家狄拉克是首先预言存在磁 单极子的物理学家。他在创立著名的狄 拉克方程后，于1930年首先预言了正电 子的存在，两年之后正电子就被C.D.安 德森在实验中发现。基于他的方程，狄 拉克还预言了另外两种基本粒子——只 有南极或只有北极的磁单极子。 这是两种虚无缥缈的粒子，因为它们完 全来自于纸上计算，而正电子在被预言 之前至少人们已经知道了电子的存在。 但是，既然电荷能够被分为独立的正负， 那么磁似乎也应该能被独立出南极和北 极。对于物理学家来说，这才是“对称” 的。后来，在1980年代，物理学家在试 图将弱电相互作用和强相互作用统一在 一起，以便最终能完成所谓“大统一理 论”时，某些理论也预言了磁单极子的 存在。
2013-6-15
寻找磁单极子的艰苦历程
自旋冰里的发现 2008年1月，美国普林斯顿大学的物理学家希瓦吉· 颂提 （Shivaji Sondhi）等人在英国《自然》杂志上发表文章 指出，“自旋冰”里可能包含磁单极子。自旋冰是一种 奇特的物质，它的组成物磁性离子的排列方式与水冰中 氢离子的排列方式相近，因而得名。自旋冰的结构是一 个一个四面体顶点相接，每个顶点上有一个磁性离子。 在接近绝对零度的时候，这些磁性离子的排列遵循“冰 法则”：在每个四面体里，必定有两个离子将北极指向 内部，另外两个指向外部。 如果四面体里的某个磁性 离子因为某种原因发生了转向，那么情况可能就变成， 这个四面体里有三个离子指向内部，与它相邻的四面体 里则只有一个离子指向内部。这样一来，这两个失去平 衡的四面体就像是磁铁的南极和北极了。接下来，如果 邻近的四面体中的离子也发生转向，那么这种不平衡性 就会传递下去，这样的话，就相当于南极和北极只由一 条离子构成的弦连接，弦中的离子一个指着一个。这样 就形成了类似磁单极子的人造物。 自旋冰不是H20结成的冰
2013-6-15
寻找磁单极子的艰苦历程
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。
遗憾。。。居然没法得到先 前的结果！！！
2013-6-15
关于磁单极子的研究和讨论
物理学院2012级
朱彬 PB12203082
学习中的联想与思考
我们在《电磁学与电动力学（上）》的前几章中学习了空间中静止电 荷激发的电场，我们可以通过积分和利用电场的叠加原理求得五花八 门的带电所激发空间中各点的场强。
2013-6-15
学习中的联想与思考
电与磁就像是一对孪生兄弟， 相生相伴、形影不离。在日常 生活中我们总是喜欢把电和磁 联系在一起，因为对“电生磁、 磁生电”的电磁场理论的应用 极大的方便了我们的生活。在 了解电的过程中，我们认识了 电子。在学习磁的过程中我们 当然也期望认识“磁子”。 “磁子”通常叫做磁单极子， 它是具有单一磁极（只有北极 或只有南极）的磁性物质，它 周围磁感线的分布类似于点电 荷的电场线分布。
2013-6-15
寻找磁单极子的艰苦历程
值得一提是，磁单极子理论为量子力学的重要概念“Berry相位”的几 何解释提供了理论基础。参数空间中的虚拟磁场把Berry相位和磁单极 子紧密的联系在一起，最近在关于超冷原子-分子转换系统Berry相位 的理论研究中，惊奇地发现了带分数磁荷的磁单极子。伴随着磁单极 子理论的提出，科学界掀起了一场寻找磁单极子的狂潮。人们绞尽脑 汁，采用了各种各样的方法，去寻找这种理论上的磁单极子。在对磁 单极子进行寻找的过程中，人们收获到的总是一次又一次地失望。在 一次又一次沉重失败的晦暗中间，也曾不时地闪现过一两次美妙的希 望曙光。尽管如此，科学家们并没有气馁和放弃，他们仍在不断地寻 找着机会，相信对追求科学和真理的执着一定能够创造让所有人震惊 的奇迹。
2013-6-15
磁单极子的定义
在理论物理学弦理论中，磁单极子是指一些仅带有N极或S极单一 磁极的磁性物质，它们的磁感线分布类似于点电荷的电场线分布。
可是它们到底存 不存在呢？？？
磁单极子的存在性
身边许许多多的现象和实验都似乎指向“磁单极子是不存在的”的答 案~~在电现象里，带电体可以分割成单独带有正电荷和负电荷的基本 粒子，正、负电荷可以单独存在；而磁体的南北两极总是成对出现， 无论磁体被分割成多少部分，无论把它分割得多么小，新得到的每一 段小磁体仍然有两个磁极，这给实验上观测磁单极子带来了极大的困 难，同时也增加了人们认识磁单极子的好奇心。 不少科学家因此认为磁极在宇宙中总是南北两极互补分离，成对的出现， 对磁单极子的存在质疑。
2013-6-15
寻找磁单极子的艰苦历程
即使寻找过程是艰巨的，仍然有许多勇敢的科学家不断地尝试。。。 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 时偶尔发现了一条轨迹，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。
2013-6-15
寻找磁单极子的艰苦历程
1970年代，美国物理学家阿兰· 古斯 （Alan Guth）在康奈尔大学做博士后期 间，与合作者研究宇宙早期磁单极子的产 生。这个研究没有让他在磁单极子方面做 出突破，却让他对宇宙学做出了一个重要 贡献。1979年12月7日，已经到了斯坦福 线性加速器中心工作的古斯在他的草稿纸 上写下了“惊人的领悟”。前一天晚上的 计算让他相信，从当时的粒子物理和宇宙 学假设推导出去，早期宇宙中会产生过量 的磁单极子。解决这个矛盾的办法是，宇 宙早期经历了“暴涨”阶段。古斯成为暴 涨理论的创始人。
2013-6-15
学以致用
根据我们已经学过的高斯定理、法拉第电磁感应定律等，倘若承认磁 单极子存在的假设，那么它们会变成什么样呢？如下是推导结果：
竟然变得如此不同？！！
2013-6-15
参考文献
1.C. Castelnovo; R. Moessner1, S. L. Sondhi. Magnetic monopoles in spin ice. Nature. 3 January 2008, 451: 42–45. doi:10.1038/nature06433. 2. Magnetic Monopoles Detected In A Real Magnet For The First Time. Science Daily. Sep. 4, 2009 [2009年9月7日]. 3.发现磁单极子：这一回是真的吗？