科学家首次在室温下拍到磁单极子图像

2010-10-25 10:01 来源: 中国科学院
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  据美国物理学家组织网报道,一个国际研究小组首次在室温条件下,直接拍到了难以捉摸的磁单极子跟“狄拉克弦”附在一起的图像,为磁单极子的存在提供了空间证据。该研究结果发表在10月17日的《自然·物理》杂志上。

  磁单极子是英国—瑞士物理学家狄拉克上世纪30年代早期提出的理论构想,一直未能被直接观察到。最初发现磁单极子的证据,是2009年10月由日德法英科学家共同进行的一项试验。实验发现在亚开氏度条件下,磁单极子会以一种准粒子的形式存在,并伴随狄拉克弦一同出现。

  研究人员在室温下,在一块仅有200纳米的人造磁体纳米材料——二维卡格姆自旋冰中,使用同步加速X射线光电效应显微镜,首次直接观察到了磁单极子的出现。研究由都柏林大学物理学院理论物理教授汉斯-本杰明·布劳恩和保罗·谢勒研究院劳拉·海德曼共同领导,爱尔兰科学基金会和瑞士国家科学基金会共同资助,使用了保罗·谢勒研究院瑞士光源(SLS)的高强X射线。  

  磁单极子这个“假设”粒子,是只有一个磁极的磁体。布劳恩说,正像狄拉克预测的那样,磁单极子是与其“附着弦”即“狄拉克弦”相伴出现。狄拉克弦为磁单极子提供磁波,这跟花园里的水龙胶管给喷水器供水非常相似。

  布劳恩解释说,在生成磁场的每个时刻,都会触发一个与相邻磁岛相反的磁化“雪崩”连锁反应,就像一连串倒下的多米诺骨牌。这种磁化反向过程在晶核形成中,沿着一维的狄拉克弦“雪崩”般地将磁单极子—反磁单极子对分开。

  迄今为止,信息处理过程中用到的只有电荷,而磁荷在能耗和速度上将提供巨大的优势。当前的计算机硬盘存储磁性数据,下一代将可能使用微小的孤磁体。因此,随着进一步掌握磁单极子的属性,科学家将能开发出更高密度的数据存储硬盘,并具有更快的转录速度。

  这种人造研究系统,让科学家能在室温条件下控制磁单极子,为数据存储应用开辟了道路。这项发现还有助于科学家理解磁单极子在早期宇宙中是如何互相反应的。