找不到的物质,一种绝大多数科学家,都不承认

任何一块磁体,总是存在磁南极和磁北极,世界上还没有发现只有一个单独的磁南极或单独的磁北极的磁体。


但是,1931年物理学家狄拉克在一篇文摘中明确指出:在自然界中有磁单极子存在。70多年过去了,大多数物理学家对此持怀疑态度,道理很简单,因为一直没有发现它存在的迹象。但是,还是有不少物理学家在寻找磁单极子。


前苏联物理学家波拉科夫和芬兰物理学家特·胡夫特从理论上对磁单极子进行研究,认为磁单极子的质量超过质子质量的5000倍。而在现今的大统一理论中,认为磁单极子的质量约是质子质量的1016倍。物理学家济尔多维克和克罗波夫指出:在宇宙大爆炸的一瞬间,产生了能量极高的磁单极子。因为大爆炸之后温度很快下降,这样磁性相反的磁单极子就极容易发生湮灭,使得宇宙中的磁单极子幸存寥寥无几。他们还指出,在大爆炸后的1%秒,宇宙中的磁单极子的密度为4×1013立方米空间中只有一个。尽管这个密度很小很小,但还是有磁单极子的存在。


根据磁单极子理论,物理学家认为它应有如下性质:首先是具有极强的电离能力,在较高速度下,磁单极子的电离能力是电子的18000倍,在低速条件下,电离能力更大。第二,它在磁场中能被加速。第三,它能被反磁质排斥,被顺磁质吸收。第四,它可以和顺磁性的原子或分子结合成束系统,结合能的大小和化学结合能相当。第五,它的质量很大,比质子的质量还要大。


随着磁单极子的提出,科学界由此掀起了一场寻找磁单极子的狂潮。


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,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“土生土长”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!


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),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,以求找到磁单极子。美国的科学家利用同步回旋加速器,多次用高能质子与氢​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。


古老岩石探测和加速器实验所遭到的挫折,并没有使科学家们气馁,反而更加激发了他们的斗志,并促使他们广开思路,想到了这也许是因为加速器的能量不够大的缘故。他们一方面试图研制出功能更加强大的加速器,一方面把目光投向能量更大的天然的宇宙射线,试图从宇宙射线中找到磁单极子的踪影。从宇宙射线中寻找磁单极子的理论根据有两方面:——种是宇宙射线本身可能含有磁单极子,另一种是宇宙射线粒子与高空大气原子、离子、分子等碰撞会产生磁单极子。他们曾经把希望寄托在一套高效能的装置上,因为这种装置可以捕捉并记录到非常微小、速度非常快的电磁现象。他们期待着利用这套装置能把宇宙线中的磁单极子吸附上,遗憾的是这套装置也未能使他们如愿以偿,满腔希望的他们又遭受了一次失望的打击。


但是,科学家们并不因此气馁和放弃,他们仍在不断地寻找着机会。人类登月飞行的实现,又重新在科学家心目中燃起了熊熊的希望之火,让科学家把目光投向那寂静荒凉的地方,因为月球上既没有大气,磁场又极微弱,应该是寻找磁单极子的好场所。科学家对“阿波罗”11号、12号和14号飞船运回的月岩进行了检测,而且使用了极灵敏的仪器。但出人意料的是,竟没有测出任何磁单极子。


​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的失望。在一次又一次沉重的失败中,人们又不时地看到希望的曙光。


有一些物理学家认为,磁单极子对周围物质有很强的吸引力,所以它们在感光底板上会留下又粗又黑的痕迹。根据这一特点,美国的一个科研小组把一个装有聚碳酸脂固体探测器和乳胶的多层片叠在一起,用气球放到离地球表面40公里的高空飘浮62小时后收回。他们在乳胶中找到一根有着强电离的踪迹,而且在整条踪迹上,电离没有发生什么变化。这正是磁单极子第一个物质决定的。这个小组认为是磁单极子留下的痕迹。但是,另有一些科学家则认为此解释不那么确定。因为很重的原子核或者很重的反粒子也可以留下这样的痕迹,凭什么说这是磁单极子所为?


最近,一组由中国、瑞士、日本等多国的科学家组成的研究小组报告说,他们发现了磁单极子存在的间接证据,他们在一种被称为铁磁晶体的物质中观察到反常霍尔效应,并且认为只有假设存在磁单极子才能解释这种现象。


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。看来,寻找磁单极子已成为21世纪物理学家的重大课题了。