磁单极子的研究现状与理论价值.doc

------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————磁单极子的研究现状与理论价值作者:物理学(一班)二小组小组成员:石钊(组长) 马合锋王明梓徐磊佟欣禹魏永利尹海渤冶勇摘要: 关于磁单极子的研究人们一直都没有停止过, 磁单极子的话题也一直是科学领域的一个热门话题, 本文是鉴于前人的一些研究成果对磁单极子主要从其研究现状和理论价值作出的论述。 Abstract: On the ic monopole of people have not stopped, the ic monopole has been the subject of scientific fields isa hot topic, this article in the light of previous studies on the ic monopole results from the major study status and theoretical value of the exposition. 关键字:磁单极子现状价值 Keyword: ic monopole value of the status quo 正文: 在历史上, 人们最初认为磁现象是正负磁荷产生的。但是, 长期以来, 从没有人发现过单独的磁北极或磁南极。因此, 传统上认为磁是一种固有的双极现象, 即任何一磁体无论怎样细分, 最后每一小块磁体总是显示出两个相反磁性区——磁北极和磁南极, 这就是两磁极的不可分性。在安培提出分子电流是物质磁性的基本来源之后, 这种不可分性得到了完满的解释。此后又断言, 单独的磁荷或磁荷的基本单元—------------------------------------------------------------------------------------------------ ————————————————————————————————————————磁单极子是不存在的。这一论断构成了宏观电磁理论的基础,例如磁场的高斯定理就是自然界不存在磁单极子的数学表述。然而,这并不妨碍探索微观领域中是否存在磁单极子成为物理学家很感兴趣的一个课题。自 1931 年狄拉克在理论上预言存在磁单极子以来, 试图证实磁单极子存在的实验研究工作, 一直都在进行。一、磁单极子可能存在理论的依据汤姆孙的猜想自 1897 年发现电子以后, 特别是 1909 年密立根证实电子电量是电荷的基本单位之后, 汤姆孙等人从电与磁之间存在着某些对称性考虑, 猜测可能存在磁单极子。既然有带正、负基元电荷的质子和电子, 为什么不可能有带相反极性的基元磁荷———磁单极子呢? 这是物质运动规律在很多方面表现出的高度对称性所要求的。反映电磁运动基本规律的麦克斯韦方程组就揭示了电与磁的某些对称性: 变化的电场要激发磁场, 变化的磁场也要激发电场。但是, 它揭示出的电与磁的对称性却是不完全的, 因为它说电荷激发电场, 却没有说磁荷激发磁场; 说运动电荷( 电流) 激发磁场, 却没有说运动磁荷( 磁流) 激发电场。假若磁单极子存在, 将麦克斯韦方程组写成如下形式: ¨▽〃D=ρe、¨▽〃B=ρm、¨▽× E= -9B/9 t- jm、¨▽〃H =9 D/9 t- je。(1) 式中ρe和 je 为电荷密度和电流密度、ρm和 jm 为磁荷密度和磁流密度, 那么麦克斯韦方程组所反映的电与磁的对称性就完全了: ------------------------------------------------------------------------------------------------ ——————————————————————————————————————电场可由电荷、变化磁场和运动磁荷激发; 磁场可由磁荷、变化电场和运动电荷激发。所以, 从电磁理论对称性考虑, 可能存在磁单极子。狄拉克的预言存在磁单极子的一个有说服力的预言是狄拉克在 1931 年提出来的。他根据量子力学研究一个磁单极子场中的单个电子时, 发现角动量量子化要求基本电荷 e 和基本磁荷 g 之间有如下关系: eg= U/2( 其中 U= h/2π) 。这样, 磁单极子的存在就能用来解释电荷的量子化。此外, 这个狄拉克条件还预言: 从一个磁单极子发出的磁通量是 g (4π r2) / r2=4πg= h/e=2 <0 。这正好精确地等于超导的磁通量子<0 的两倍。这个结果并不奇怪, 因为两者的量