电磁学与电动力学中的磁单极—Ⅳ

本文为作者磁单极系列文章的第4篇,该系列文章在电磁学和电动力学框架内用尽量科普的方式分别介绍磁单极的若干奇特性质.在本篇文章中作者讨论用拓扑参量θ描写磁电介质,发现在这种介质上出现了电荷与磁单极作为双荷子共生的现象.如果进一步考虑到磁荷与电荷的量子化,则得到此介质的拓扑参量θ必须是π的分数或整数倍.     

电磁学与电动力学中的磁单极—V

作为本系列5篇文章的最后一篇,作者在电磁学和电动力学框架内用尽量科普的方式对比前4篇文章介绍一个磁单极很不奇特的性质.本文主要研究用小电流圈定义的磁偶极子和用正负磁单极对定义的磁偶极子的差别.文章仔细讨论一个在2012年曾在业界引起很多争议的由一个点电荷和一个磁偶极子构成的体系的可能的现象,并展示对这个体系,由正负磁单极对构成的磁偶极子比由电流圈构成的磁偶极子要简单和平庸许多.     

点电荷在拓扑绝缘体和导体中感应磁单极

利用电势和磁标势的第一类零阶贝塞尔函数的公式及拓扑绝缘体材料的本构关系, 推导了点电荷在电介质、 拓扑绝缘体和接地导体三个区域的感应电势及感应磁标势. 研究表明: 点电荷 在电介质、 拓扑绝缘体和接地导体中感应了像电荷和像磁单极; 感应像电荷和感应像磁单极的大小和正负除了与场源电荷、 拓扑绝缘体材料参数等因素有关外, 还与像电荷和像磁单极所处的空间位置有关.     

磁单极理论的进展

这是关于磁单极理论最近某些工作的简短 综述.所取得的进展归因于某种观念的引进。 这种观念将时空分为若干个区域,从而消去奇 性 .这个观念是十分简单的,并将首先加以 讨论. (A)如何消除奇性 磁单极就是磁荷.虽然磁单极的概念必然 在经典物理中,在电学和磁学的早期就讨论过, 但是现代的讨论还要追溯到1931年,在狄拉克 的一篇重要文章[1]中,他指出量子力学中的磁 单极显示出某些附加的而且微妙的特征.特别 是,与强度为g的磁单极一起存在时、电荷和磁 荷必须在量子力学中被量子化.我们将用几分 钟的时间对这个结果给出一个新的推导。 如果…     

电磁学与电动力学中的磁单极-Ⅱ

本系列文章一共4篇,在电磁学和电动力学框架内用尽量科普的方式分别介绍磁单极的若干奇特性质.本篇文章主要介绍狄拉克磁单极是如何展示矢量势的规范变换的.我们首先简要介绍规范变换与规范对称性及狄拉克磁单极与狄拉克弦,然后讨论狄拉克磁单极与规范变换的联系.我们显式演示狄拉克弦摆动产生的规范变换,弦摆动区域对场点所张的立体角正比于规范变换的变换函数.磁偶极子则可以由两个无穷靠近的正反狄拉克磁单极构成.相应两条狄拉克弦位置的变化都对应磁偶极子矢量势的规范变换,特别当两条弦重合时弦效应相互抵消,只剩下纯的磁偶极子.传统的由磁偶极子产生的矢量势的规范变换则可以图像化为组成磁偶极子的正反狄拉克磁单极的狄拉克弦的摆动.我们显式地计算了位于坐标原点弦为直线的狄拉克磁单极,并进一步构造了没有奇异的吴大峻-杨振宁磁单极.     

电磁学与电动力学中的磁单极-I

本文及后继三篇文章在电磁学和电动力学框架内分别介绍磁单极的若干奇特性质.针对由一个磁单极和一个点电荷构成的体系,首先证明这个体系的电磁场角动量具有极简洁的表达式并讨论可能的电荷量子化,然后显式地演示体系角动量的转化与守恒.     

含磁单极电动力学的电磁对偶对称性自发破缺问题

首先提出了一种认为磁单极的存在将导致电动力学电磁对偶对称性自发破缺的新观点,指出了和这种对称性自发破缺相关联的零质量标量粒子即Goldstone玻子存在的可能性.然后通过对含磁单极电动力学作用量描述困难的分析,提醒读者磁单极的存在给电动力学带来的复杂性和不对称.最后为非高能物理背景的读者提供了两类磁单极即经典场扩展位形类磁单极和点粒子磁单极的概念.     

极端超高能宇宙线的天体起源含磁单极的活动星系核模型

首先介绍了极端超高能宇宙射线的探测现况和理论研究中的困难. 从作者自己1985年前后提出的高速旋转的含磁单极的活动星系核模型出发，提出极端超高能宇宙线的天体起源的新理论模型. 其核心思想在于利用磁单极催化核子衰变, 产生高能带电粒子. 在Lorentz变换下, 含磁单极天体的径向磁场诱导出一直延伸到很远处的电场. 在这个电场的加速下，荷电粒子(结合一系列物理过程)可以到达10²¹eV的能量. 而且具有同观测相比较的流量.     

双孤子非线性干涉中的狄拉克磁单极势

本文深入研究了孤子干涉过程中的相位演化特性及其背后的拓扑矢势.基于一维非线性薛定谔方程的双孤子解,发现波函数密度零点广泛存在于拓展的复平面内,并且每一个密度零点对应狄拉克磁单极的矢势场.矢势场是由周期排布的具有相反磁荷的狄拉克磁单极对组成.通过观察磁单极子的运动,可以方便地理解干涉过程中的相位演化特征.特别发现,一对正负磁单极对在实轴上的碰撞恰好对应波函数相位在节点处的π跃变.此外,还对比讨论了线性波包干涉动力学中的狄拉克磁单极.结果表明狄拉克磁单极势广泛存在于波场的干涉现象之中,并且磁单极在拓展的复平面内分布特征可用于区分线性干涉和非线性干涉过程背后的拓扑性质.     

磁单极和电磁对偶性

根据狄拉克-麦克斯韦方程组和推广的洛伦兹力公式,讨论了磁单极和电磁对偶性的基本概念和物理意义.麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式可以通过对偶变化转化为电荷与磁荷并存的形式;但是狄拉克磁单极假设改变了麦克斯韦方程组的结构,任何对偶变换都不能将狄拉克-麦克斯韦方程组简化为只有电荷而没有磁荷的原始形式.采用推广的洛伦兹力公式,还证明了狄拉克-麦克斯韦电磁场的能量密度和玻印亭矢量,以及动量密度和动量流张量形式不变.最后,我们还将狄拉克-麦克斯韦方程组分解为仅仅分别包含电荷与磁荷的两组麦克斯韦方程,传统的电动力学理论可以直接推广应用于磁单极问题.     

旋转运动磁单极势与辐射能

近来许多工作给出磁单极势与场强的解,其中不少为静止磁单极的球对称解[1].最近的一些工作,讨论了匀加速直线运动磁单极的推迟势与场强[2],此外还给出任意变速运动磁单极势与场强的解[3].本文讨论作旋转运动磁单极的势、场强和辐射能的表示式.磁单极场的势与场强的表示式不同干电荷的场,但具有严格对偶相等的表现形式.至于辐射能,最大的辐射强度将分布在与磁单极旋转平面相垂直的z轴方向,而平行于旋转平面的方向辐射强度为最小. 我们知道,对于一个电荷和一个磁荷共存的体系,真空中的Maxwell方程可写成上式用四维电磁场张量可改写为式中民占…     

SO(10)模型中的一类Jackiw-Rebbi零能束缚态

本文讨论了SO(10)大统一模型的球对称磁单极以及在这个模型中的Jackiw-Rebbi型费米子-磁单极零能束缚态问题. 结果表明, 在这个理论中并不存在这样的零能束缚态.     

磁荷对中子星质量半径比的约束

讨论了荷电(磁)质点的量子力学波方程及其解. 由磁场中解的奇异性讨论了磁单极的存在; 由Rubakov-Callan模型推知中子星可能含有大量磁单极. 然后采用中子星的结构方程, 讨论了磁荷对中子星质量半径比的约束, 分别得到了磁荷对中子星质量半径比上限的影响 和磁荷对中子星质量半径比下限的影响的数学表达式. 关键词： 磁单极 中子星 质量半径比     

统一场论中的磁单极

本文的主要目的是介绍磁单极理论的基本结果。 我们首先介绍Dirac磁单极的基本思想。然后,进一步评述统一场论中的拓扑磁单极,并说明磁单极在早期宇宙中是怎种产生的。最后,我们讨论磁单极问题上最惊人的现象——磁单极对核子衰变的催衰化作用及其温度依赖关系。     

统一场论中的磁单极

本文的主要目的是介绍磁单极理论的基本结果。 我们首先介绍Dirac磁单极的基本思想。然后,进一步评述统一场论中的拓扑磁单极,并说明磁单极在早期宇宙中是怎种产生的。最后,我们讨论磁单极问题上最惊人的现象——磁单极对核子衰变的催衰化作用及其温度依赖关系。     

看到了磁单极?!

世界上相当一部分优秀的实验物理工作者把大量时间和精力消耗在捕捉一些肉眼看不见,无“色”又无“味”的“粒子”上.虽然这些“粒子”是否存在并无把握,但若一旦发现,则往往会成为物理学史上的一个里程碑,会把人类对物质的认识推进一大步.这就是这类实验令人醉心和关心的原因,而磁单极就是这样的一种“粒子” 大家知道,电荷有正有负,它们均可单独存在,但磁铁总是南、北极同时出现的.然而日常的经验却不一定都是真理.1931年,Dirac根据电磁理论的对称性,大胆地预言了磁单极的存在,并据此推导出电荷以倍数出现的必然性.目前基本粒子的大统一…     

关于带电粒子在磁单极场中运动的一些评注

指出教科书中关于带电粒子在磁单极场中的散射与电荷量子化的简化讨论存在明显的错误.通过对运动轨迹的仔细分析,得出的物理图像是:粒子从入射到出射,极距角θ和方位角?均发生了变化.特别是,当瞄准距离很大时,?的变化近似为±π/2.计算了角动量的变化并得到了合理的结果.顺便讨论了散射截面的计算.     

可能包含磁单极的材料——“旋冰”

磁单极是物理学家们认为可以单独存在的一种粒子,包含孤立的南极或北极,1932年,英国物理学家狄拉克,从理论上预言磁单极是可以独立存在的,此后,物理学家们用各种方法去寻找磁单极子,但都一无所获。     

新型的氧化物磁制冷工质与隧道磁电阻材料--2004年度国家自然科学二等奖获奖项目介绍

文章介绍了2004年度国家自然科学二等奖获奖成果[21].类钙钛矿型材料是一类物理内涵极其丰富的化合物,它是著名的高温超导材料、铁电材料、压电材料,又是庞磁电阻效应材料,目前又显示出具有大磁熵变效应与隧道磁电阻效应.文章作者系统地研究了锰钙钛矿磁性化合物的磁熵变与组成、微结构以及颗粒尺寸的关系,研究结果表明,磁性钙钛矿化合物具有显著的磁熵变,居里温度易调,并且化学稳定性佳,从而成为一类新型的磁制冷工质候选材料.此外,文章作者还研究了钙钛矿化合物纳米颗粒体系的磁电阻效应,发现除人们发现的居里温度附近的本征的庞磁电阻效应外,在很宽的低温区,存在与温度不甚敏感的隧道磁电阻效应.     

磁单极的三世三生——本科生硕士生博士生层面的磁单极精讲

磁单极是在科学文献和科普读物中经常可以见到的名词.本文从电磁学、电动力学、电-磁对偶性、规范不变性、各向同性的矢量势、量子力学、纤维丛理论、非阿贝尔规范场论、规范对称性自发破缺、孤子、暴胀宇宙论等几个不同的层面,回顾了人们对磁单极认识的逐步提高过程.在这个过程中,磁单极不断地以新的面貌再生,但是在现实世界中搜寻磁单极子的工作仍然任重道远.