磁單極子及磁洛倫茲力的探討

會計學(xué)1磁單極子及磁洛倫茲力的探討

理論篇

為了討論經(jīng)典電磁學(xué)的廣義情況，我們需要高于經(jīng)典電磁學(xué)的理論指導(dǎo)，這里想到了相對論。第1頁/共19頁美妙的物理學(xué)對稱和諧統(tǒng)一第2頁/共19頁CoulombIamdominant!Don'tforgetme!一段不能遺忘的故事...第3頁/共19頁對稱的深層關(guān)系：對偶原理第4頁/共19頁電磁對稱關(guān)系一覽表：

基本規(guī)律

電

磁

庫侖定律

高斯定理

安培環(huán)路定理

洛倫茲力公式

守恒定律

第5頁/共19頁

實驗篇

三種實驗裝置：1.加速器2.磁強計的改進設(shè)想3.電約束MorepowerfulMoreaccurateMoreeconomical第6頁/共19頁無限長通電螺線管內(nèi)部，H=nI,n為單位長度上線圈匝數(shù)。若使用超導(dǎo)線圈，磁感應(yīng)強度能達到幾個特斯拉。

H能超過數(shù)量級，磁場強度很大?？諝鈸舸╇妶鰹椋妶鰪姸入y以達到很大從能量角度上看，第7頁/共19頁一種新的加速器

有科學(xué)家提出利用磁單極子制造體積小而能量高的高能加速器，B=1T的磁單極子加速器，可獲得約遠超過目前應(yīng)用電子、質(zhì)子和重離子的高能加速器。第8頁/共19頁

磁強計的改進

尷尬的事實：利用能量極高的宇宙射線研究，1982年由地面超導(dǎo)量子干涉儀式磁強計經(jīng)151天探測到一次可能是磁單極子的事件，但后來經(jīng)過多次探測并提高儀器靈敏度也未能得到重復(fù)。第9頁/共19頁

分析：

宇宙射線中可能存在磁單極子的原因：1.宇宙射線中本身可能含有宇宙形成時遺留的磁單極子；2.高能宇宙射線粒子同大氣原子、離子等碰撞而產(chǎn)生磁單極子對。宇宙中磁單極總量已經(jīng)極小的情況下，要想檢測到單獨的磁單極子，概率極小！可能大部分情況磁單極子以磁單極子對的形式出現(xiàn)又重新結(jié)合湮滅。第10頁/共19頁測量磁場最靈敏的超導(dǎo)量子干涉式磁強計當磁單極子對同時（或者幾乎同時）穿過儀器時，磁通量。這樣超導(dǎo)線圈中磁通量不變，沒有感生電流，儀器卻認為沒有磁單極子通過。這是非常遺憾的！第11頁/共19頁改進設(shè)想：結(jié)合兩個實驗優(yōu)點的實驗裝置給超導(dǎo)量子干涉式磁強計外加一個穩(wěn)定的強磁場。B=1T時，荷質(zhì)比為的磁單極子在作用下將產(chǎn)生加速度：

正負磁單極子受力方向相反將分離。第12頁/共19頁電約束：磁約束的對稱電約束：的應(yīng)用，不均勻的磁場能對電荷進行磁約束，那么不均勻的電場也能對磁荷進行電約束。

電鏡：設(shè)計一個兩頭強、中間弱的不均勻電場（均勻磁介質(zhì)中電位移場D與電場具有相同構(gòu)象）。第13頁/共19頁完全類似的實驗規(guī)律：當磁單極子置于這種電場中，在力作用下將沿電場線作螺旋運動。磁單極子總受到一個指向弱電場方向的作用力。這樣，磁單極子在磁場中來回運動不能逃出。類似磁約束，電約束滿足規(guī)律第14頁/共19頁電約束優(yōu)點：新版守株待兔相比于磁鏡，電鏡的電場線可用一個距離較寬的類似電容器的裝置產(chǎn)生，比磁感線形狀更容易控制，且工作時不用通以電流，不消耗能量。設(shè)想可以把這種裝置送上太空，工作在電離層以外，像一個捕魚的竹籠，守候磁單極子的到來，對它進行捕捉。第15頁/共19頁

電約束的不足：正如磁鏡，電鏡也不是一種理想約束裝置，然而磁鏡可改進為環(huán)形磁瓶，但穩(wěn)定的環(huán)形電場卻不容易實現(xiàn)。根據(jù)，因為磁流不存在,

所以要得到穩(wěn)定的環(huán)形電場，需要一個穩(wěn)定線性變化的磁場。想要直接實現(xiàn)是非常困難的。工程上也許能解決這個問題。第16頁/共19頁總結(jié)：通過以上討論我們的確看到了電磁學(xué)理論的完美對稱，也因為這種對稱性，我們可以充分發(fā)揮想象對現(xiàn)有的研究電荷的實驗裝置進行改造。若能發(fā)現(xiàn)磁單極子，質(zhì)譜儀等一系列裝置可以相應(yīng)改造以便研究。

由于本人數(shù)學(xué)知識有限，所以單從對稱角度考慮電磁學(xué)，做到了物理直觀，但也失之于數(shù)學(xué)的不嚴謹。第17頁/共19頁參考書目：《電磁學(xué)》張玉民戚伯云科學(xué)出版社