磁单极子与电磁对称性.doc

------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————磁单极子与电磁对称性第30卷第3期2009年6月衡阳师范学院学报 JournalofHengyangNormalUniv ersity 张登玉,游开明,高峰,唐建锋,詹孝贵(衡阳师范学院物理与电子信息科学系,湖南衡阳42100 8) 擒要: 研讨磁单板子的理论假设、探测现状及其研究意义。基于电磁对称性, 认为在目前的经典电磁理论中用磁场强度定叉磁单极子强度的单位比较合适, 并推导出存在磁单板子时麦克斯韦方程组对称形式。关键词:磁单极子;电磁对称性;磁场强度;磁单板子强度, 麦克斯韦方程组中图分类号: 文献标识码:A 文章编号: 1673一0313 ( 2009 ) 03一0033 — 04 l ------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————引言英国物理学家狄拉克首先从理论上预言了磁单极子存在的可能性并指出其性质。 1931年狄拉克把量子力学与宏观电磁理论结合起来进行研究时发现, 由于电荷量子化, 在微观领域允许磁单极子的存在。若这种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有如下的定量关系物理定律是对自然现象的总结与概括, 由自然现象的对称性而追求物理公式形式的对称性是必然的。这种对称不仅是数学形式上的, 而且还应是物理内涵上的, 由此导致了对偶原理在物理学中的出现及应用。现在普遍认为电与磁是对称的, 因此希望找到磁单极子, 使得对于电磁现象的描述是对称的。存在磁单极子具有一些理论假设[1 ] .,v? B=0 , 而v ? D一岛, 这意味着和电荷相对应的磁荷(磁单极子)不存在。因此在经典的电磁理论中,电和磁并不处在完全对称的地位。对这一点, 人们不很满意。如果自然界有磁荷存在,只要假定所有粒子的电荷与磁荷的比值是同一常数。总能通过适当的数学变换使麦克斯韦方程组仍具有目前的这种形式。在电磁运动中, 麦氏方程组一方面告诉我们, 电与磁有对称性, 即变化的电场要产生磁场I另一方面又告诉我们电与磁的对称性是不完全的, 即有电荷激发电场, 却没有磁荷激发磁场; 有运动电荷激发磁场, 却没有运动的磁荷激发电场。假如磁荷存在。那么产生磁场的方式可以有三种: 磁荷、运动电荷、变化电场。产生电场的方式也可以------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————有三种: 电荷、运动磁荷、变化磁场。两者完全对称. 相应的麦氏方程组也完全对称。正是这种对称性的思想, 使汤姆逊等人在20世纪初就萌发了磁荷可能存在的猜想。竹(篆) 其中行是任意常数, C是光速, h是普朗克常量。如果磁单极子存在,上式就可以解释电荷的量子化现象。 大统一理论允许存在磁单极子 1974年特胡夫特和玻利科夫分别证明,在带有自发破缺的规范场理论中, 存在磁单极子是必然的。这个结论可以任意推广到基本粒子的大统一理论( 即认为电磁、弱和强三种相互作用有同一来源的理论) 。因为在大统一理论中,也有所谓真空自发破缺机制, 因此也应该有磁单极子。而且, 对称性白发破缺之后, 可能存在许多不同的真空态, 从而空问分割成许多区域, 这些区域交界处的场可能就是磁单极子存在的场。 ”倍,即 m=了若妥历≈ 10 “ GeV/e2 C~,lf, (2) 式中c是大统一理论的能量尺度。收稿日期:2009 — 04一06 基金项目:湖南省教育厅2006年精品课程(84 ) ;200 ------------------------------------------------------------------------------------------------ —————————————————————————————————————— 8年普通高校教改项目(155)