Физики создают магнитные монополи — вид

В течение многих десятилетий ученые искали магнитные монополи — частицы, в отличие от традиционных магнитов, имеющие просто Северный или Южный полюс. На этой неделе в Науке, две бригады физиков конденсированного вещества независимо сообщают о наблюдениях за следующей лучшей вещью: крошечная рябь в твердых материалах, действующих как неуловимые частицы. Находка не заканчивает поиски добросовестных монополей, но это может объявить открытие других странных «квазичастиц» в твердых частицах, а также обеспечить основание для новых технологий.

Монополи были бы магнитным эквивалентом электрически заряженных частиц, и существует несколько причин, физики хотели бы видеть их. В 1931 знаменитый британский теоретик Пол Дирак утверждал, что существование монополей объяснит квантизацию электрического заряда: факт, что каждый электрон имеет точно ту же нагрузку и точно противоположную нагрузку каждого протона.

В 1980-х теоретики нашли, что существование монополей является основным предсказанием «Теорий Великого объединения», предполагающих, что три силы — электромагнитными, существенная сила, связывающая ядро, и слабая сила, вызывающая тип радиоактивного распада — являются все различные аспекты единственной силы.Теперь, две бригады во главе с Томом Феннеллом из Института Лауэ-Лангевин в Гренобле, Франция, и Джонатан Моррис из Центра Гельмгольца, Берлин для Материалов и энергии определил аналоги монополей в кристаллах, названных «льды вращения», в которых магнитные ионы устраиваются как водородные ионы во льду. Магнитные ионы сидят в наконечниках четырехсторонних пирамид, или tetrahedra соединил угол для движения на повороте (см. диаграмму).

При температурах около абсолютного нуля они должны организовать себя по простому правилу: В каждом четырехграннике два иона указывают, что их север орудует шестами внутрь к центру и два пункта, направленные наружу.Недостатки в этом образце являются монополями.

Если один ион щелкает — возможно, потому что он возбужден тепловой энергией в кристалле — он оставляет один четырехгранник с тремя ионами, указывающими внутрь и соседний четырехгранник только с одним ионом, указывающим внутрь (см. рис.). Два неустойчивых tetrahedra действуют как северные и южные магнитные полюса, соответственно.

Если близлежащие вращения также щелкают, неустойчивость может переместиться независимо от одного четырехгранника до следующего, так, чтобы северные и южные полюса закончили связанные только вереницей ионов, указывающих от одного до другого. Таким образом неустойчивые tetrahedra становятся магнитными монополями.

Для обнаружения таких монополей Fennell и коллеги блистали поляризованные нейтроны на их образце льда вращения гольмиевый титанат и измерили рассеивание под различными углами для раскрытия основного образца двух столкновений ионов в и двух не дрогнуть. Они тогда показали, что, как нагретый образец, рассеивание, измененное так же, как, компьютерные модели предсказали, это было бы, если бы монополи появлялись, отчеты бригады.

Моррис и коллеги изучили подобный материал, но они вскопали различные доказательства монополей. Эта бригада применила магнитное поле для протягивания канатно-веревочных отходов, соединяющих неустойчивый tetrahedra в титанате диспрозия льда вращения; это тогда использовало нейтрон, рассеивающийся для раскрытия присутствия канатно-веревочных отходов и, следовательно, монополи в их хвостах. Исследователи также нагрели образец и показали, что тепло должно было повысить свою температуру установленной суммой — его удельная теплоемкость — изменилась, как будто тело было заполнено «газом» подталкивания монополей и натяжения друг друга. «По существу существует газ северных и южных магнитных полюсов, взаимодействующих точно так же, как плюс и минус электрические заряды», говорит Моррис.Квазичастицы монополя являются только разновидностями в образце ионов в системе и не реальных частицах, таким образом, они не опираются на Теории Великого объединения или наполняют квантизацию.

Но результаты предполагают, что другие странные квазичастицы могут существовать в таких твердых частицах, говорит Феннелл. Также возможно, что такие монополи могли бы сформировать основание для магнитной версии электроники, говорит он. «Это — одна из тех непредсказуемых вещей, где Вы не знаете то, о чем могли бы думать люди», говорит Феннелл.«Это — красивое наблюдение», говорит Питер Холдсуорт, теоретик в Эколе Нормале Сюпериере де Лионе во Франции, относительно работы.

Шивэджи Сонди, теоретик в Принстонском университете, предсказывает волнение деятельности для исследования взаимодействий между монополями. «Я хотел бы видеть эксперимент, в который единственный монополь прибывает, тащась через [датчик]», говорит он, «и кто-то, вероятно, сделает это когда-нибудь».


Добавить комментарий