[新聞] 電磁理論革命，首在天然礦物表面發現僅帶

1.媒體來源: TechNews 科技新報 2.記者署名: Emma stein 3.完整新聞標題: 電磁理論革命，首在天然礦物表面發現僅帶單一磁極的「磁單極子」 4.完整新聞內文: 物理規則表明只有一個磁極的磁體不可能存在，但微觀世界的粒子行為通常會改變規則。 最近，物理學家首度在天然礦物「赤鐵礦」中發現磁單極子，可能成下一個物理學聖杯， 不只有助打造更快、更節能電腦記憶體，電磁理論或許需部分改寫，物理學、天文學將有 重大進展。 磁單極子（Magnetic monopole）指僅帶單一磁極的基本粒子，與我們熟悉的磁鐵──同 時具 N 極與 S 極的磁偶極子（magnetic dipole）不同，前者磁感線分布類似點電荷的 電場線分布，或者說是攜帶孤立「磁荷」的基本粒子。 無論貼在冰箱的磁鐵還是地球本身，始終具有一對無法孤立的相反磁極，迄今為止也尚未 發現以基本粒子形式存在的磁單極子證據，但磁單極子是 21 世紀物理學界和天文學界熱 門研究主題之一，因為磁單極子相互作用過程與一般電磁現象截然不同，不僅涉及物質磁 性來源、電磁現象對稱性，還與宇宙極早期演化、微觀粒子結構等相關。 數個尚未得到實驗證實、超越標準模型的理論（如大一統理論、超弦理論）都預測有磁單 極子，若能找到它們，就像找到拼圖缺失的一塊。 最近劍橋大學、牛津大學、新加坡國立大學團隊使用「鑽石量子感測」技術，觀察赤鐵礦 表面的旋轉紋理和微弱磁性訊號，第一次透過實驗觀察到自然發生的磁單極子。 科學家尋找磁單極子的策略涉及湧現（emergence）概念，當許多物理小實體組成產生大 實體，後者會展現大於或不同小實體具有的特性，而研究人員說這就是赤鐵礦表面發生的 情況。 漩渦拓樸結構存於主要 2 種類型材料：鐵磁體和反鐵磁體，其中反鐵磁體比鐵磁體更穩 定也更難研究，因為它們不具有強磁性特徵。 為了研究反鐵磁體行為，研究人員使用鑽石量子磁力測量成像技術精確測量反鐵磁性材料 「氧化鐵」的表面磁場（不影響其行為），發現表面一群粒子聯合起來，產生與只有一個 磁極的單一粒子相同效果。 赤鐵礦（Hematite）是一種常見氧化鐵化合物，分子式 Fe2O3，在赤鐵礦中微小的磁單極 子透過許多自旋集體行為出現，它們於赤鐵礦表面旋轉紋理上滑動並發散磁場，就像微小 的磁荷冰球。 該研究不僅凸顯鑽石量子磁力測量潛力，還強調量子材料隱藏的磁性現象，若能加以控制 ，這些帶磁荷的旋轉紋理將能為超快速、更節能的電腦記憶體邏輯提供動力，物理學、天 文學基礎理論也會有重大發展，人們對宇宙起源的認知也會更深入。 新論文發表在《自然材料》（Nature Materials）期刊。 5.完整新聞連結 (或短網址): https://reurl.cc/dmRrOk -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 123.110.78.230 (臺灣) ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Gossiping/M.1702048672.A.8C2.html