磁单极子

维基百科，自由的百科全书

磁单极子是理论物理学弦理论中指一些仅带有北极或南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。这种物质的存在性在科学界時有紛爭，截至2007年尚未发现这种物体。可以说是21世纪物理学界重要的研究主题之一。

英国物理学家保罗·狄拉克（Paul Dirac）早在1931年利用数学公式预言了磁单极子的存在。当时他认为既然带有基本電荷的电子在宇宙中存在，那么理应带有基本“磁荷”的粒子存在。从而启发了许多物理学家开始了他们寻找磁单极子的工作。通过种种方式寻找磁单极子包括使用粒子加速器人工制造磁单极子均无收获。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。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。内森·塞伯格（Nathan Seiberg）和爱德华·威滕（Edward Witten）两位美国物理学家于1994年首次证明出磁单极子存在理论上的可能性。

如果我们将带有磁性的金属棒截断为二，新得到的两根磁棒则会“自动地”产生新的磁场，重新编排磁场的北极、南极，原先的北极南极两极在截断磁棒后会转换成四极各磁棒一南一北。如果继续截下去，磁场也同时会继续改变磁场的分布，每段磁棒总是会有相应的南北两极。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。也有理论认为，磁单极子不是以基本粒子的形式存在，而是以自旋冰(spin ice)等奇异的凝聚态物质系统中的出射粒子的形式存在^[1]。

[编辑] 麦克斯韦方程组

方程名称	不考虑磁单极的存在性	考虑到磁单极的存在性（假设）
高斯定律:	$\vec{\nabla} \cdot \vec{E} = 4 \pi \rho_e$	$\vec{\nabla} \cdot \vec{E} = 4 \pi \rho_e$
高斯磁场定律:	$\vec{\nabla} \cdot \vec{B} = 0$	$\vec{\nabla} \cdot \vec{B} = 4 \pi \rho_m$
法拉第电磁感应定律:	$\vec{\nabla} \times \vec{E} = -\frac{\partial \vec{B}} {\partial t}$	$\vec{\nabla} \times \vec{E} = -\frac{\partial \vec{B}}{\partial t} - 4 \pi\vec{J}_m$
安培定律（带入麦克斯韦方程组）	$\vec{\nabla} \times \vec{B} = \frac{\partial \vec{E}} {\partial t} + 4 \pi \vec{J}_e$	$\vec{\nabla} \times \vec{B} = \frac{\partial \vec{E}} {\partial t} + 4 \pi \vec{J}_e$