磁单极子的预测和探索 0940502209郭瑞林
（江苏科技大学数理学院应用物理专业）
在经典电磁理论中，磁是由电流和变化的电场产生的，磁南极和磁北极总是同时存在的，不存在磁单极子。1931年P.A.M.狄拉克从分析量子系统波函数相位不确定性出发，得出磁单极子存在的条件，可用以说明电荷量子化这个理论上无法说明的事实。20世纪70年代以后建立起来的大统一理论以及早期宇宙的研究都要求存在磁单极子，磁单极子的质量重达1016吉电子伏特／库仑2（GeV／C2）。实验上探测磁单极子成为检验粒子物理大统一理论和天体物理宇宙演化理论的重要依据。【1】
电磁学经过多年的研究发展，电与磁的关系已经变得十分密切。不妨可以从电场电荷的角度在宏观上推想磁场和磁单极子。从自然界我们很容易找到单独的正负电荷，然后就自然的画出了有正电荷出发到负电荷终止的电场线；在自然界中找到的不可分割NS极的磁铁，同样做出了由N到S极的磁感线。值得一提的是：但凡物质存在于大自然，总有它自己独特的存在方式。正电荷与负电荷相遇会被中和，同样，N磁单极子与S磁单极子分离时，是不是会像正负电荷相遇一样迅速湮灭呢？所以，从自然界找磁单极子是十分困难的。
N S
磁单极子假想图
在原子中，电子和质子可以共存（正负电荷没被中和），所以我们可以推想N磁单极子与S磁单极子也可以以某种方式分离。由于单性磁单极子存在形式的不稳定性给磁单极子的探索造成了巨大困难，我在想：N磁单极子与S磁单极子是否会像质子和电子那样以某种形式（与原子结构不会相似）共存？
变化的磁场可以产生的电场，电场线是闭合的，此时找不到电场线的出发点和终止点。在变化的磁场和变化的电场中，电场和磁场是一种性质相同的场。从这一点也可以推想出磁单极子存在的必然性。
磁单极子的发现将使得很多电磁学理论不在成立，实质上，并不是真正的推翻这些理论，就像牛顿力学在相对论中不成立一样，只会在这些理论前加一个适用前提。因为磁单极子难以在大自然中存在，正如普通物体的运行速度无法接近光速。
1982年，美国物理学家凯布雷拉宣布，在他的实验仪器中发现了一个磁单极子。他采用一种称为超导量子干涉式磁强计的仪器，在实验室中进行了151天的实验观察记录，经过周密分析计算，实验所得的数据与磁单极子理论所提出的磁场单极子产生的条件基本吻合，因此他认为这是磁单极子穿过了仪器中的超导线圈。不过由于以后没有重复观察到类似于那次实验中所观察到的现象。【1】
关于上述实验现象，我的看法：悲观角度，仪器运行时间较长，由于仪器故障导致恰好出现类似的记录；乐观角度，实验室内磁单极子存在形式极其不稳定，导致仪器检测存在很大偶然性，所以后来不能检测到类似记录。如果是后者，相信随着科技发展，仪器精度提高，在不久的将来，就可以找到磁单极子的存在。
当磁单极子穿过超导线圈时，会在线圈中产生电流，科学家据次判断有没有探测到磁单极子。
【1】 出自百度百科。
