由正负磁单极对相互作用诱导的孤立狄拉克弦

基于三维旋量Gross-Pitaevskii(GP)方程研究在含时周期性外磁场作用下玻色-爱因斯坦凝聚体的动力学行为.结果显示,在含时周期外磁场的作用下,铁磁态自旋为1的玻色-爱因斯坦凝聚体将发生拓扑形变.当磁场的两个零点进入凝聚体后,自旋向上态的密度布居图在z轴上分别形成向上和向下的凸起.随着磁场的两个零点在凝聚体内逐渐重合,向上和向下的凸起被拉长,最终自旋向上态在z轴上呈线状分布,这与理论分析预测得到的孤立狄拉克弦相对应.最后,通过计算凝聚体的超流涡度给出磁单极的表征图.结果显示,凝聚体在磁场的两个零点处形成正、负磁单极对,分别对应着自旋向上态在z轴上向上和向下的凸起.随着磁场的两个零点重合,正、负磁单极对中的两条狄拉克弦逐渐靠近,之后大约经5 ms,它们完全相连,最终形成孤立的狄拉克弦.     

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.     

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.     

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.     

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—Ⅲ

本文为作者磁单极系列文章的第3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.在本篇文章中作者通过一个实例显示有磁单极存在的点电荷系统的作用量涉及磁单极的部分在物理区域是不存在的,但在以物理区域为边界的高维非物理区域可以存在,考虑量子力学则要求点电荷必须是量子化的.     

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.     

磁单极与磁洛伦兹力

概述了磁单极概念的历史发展,从洛伦兹变换出发,利用电磁场张量和四维力的协变性以及电荷相对论不变,直接证明了运动磁单极受磁洛伦兹力,建议了一个磁洛伦兹力的验证方案,并用磁洛伦兹力公式导出狄拉克电荷量子化条件．证明了磁洛伦兹力公式具有与库仑定律相同的精确度．     

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.     

在洛伦兹变换下磁单极的电磁规律

从磁库仑定律出发，用洛伦兹变换导出磁单极的电磁场及其散度，旋度公式和磁单极在电磁场中的受力公式；给出它们的相对论协变形式；最后对讨论推广的麦克斯韦方程组。     

磁单极场中的空间转动对称性与轨道角动量

对于带电粒子在磁单极场中运动的问题,推广了量子力学中关于空间转动对称性的分析,得到了推广的轨道角动量,结果与其他方法所得一致.波函数在空间转动下的变换比没有磁单极场的情况多了一个相因子.解出了该相因子的显式.要求其在转角为2π的转动下为±1,可以得出熟知的电荷量子化条件.     

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.     

三维流形上的变型Seiberg─Witten磁单极方程

给出了一般三维流形上变型的Seiberg－Witten磁单极方程，该方程是共形不变的，而且在欧空间上给出了一个有限能量的解析的精确解．     

三维流形上的变型Seiberg─Witten磁单极方程

给出了一般三维流形上变型的Seiberg–Witten磁单极方程,该方程是共形不变的,而且在欧空间上给出了一个有限能量的解析的精确解.     

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.     

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.     

论单极感应现象

简单地回顾了单极感应现象的历史现状,详细地分析了被认为是判定性的Bartlett等人的单极感应实验,发现该实验使用铁管进行磁屏蔽是不合理的,指出其实验结论是值得怀疑的,并给出可能的改进方法.因此,单极感应现象理论解释问题仍然没有解决.     

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.     

电磁学与电动力学的关联教学

阐述了"电磁学"与"电动力学"课程教学的"大学科"理念,在教学内容和教学方法上提出了"有骨有肉,不胖不瘦,血脉相连,精髓不漏"的教学思路.     

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。