磁铁可以只有一极吗？它或许能打开万物理论之门

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他的见解使得大多数现代技术成为可能，从发电到无线通信再到计算机。

然而，20 世纪的物理学理论发展直接引出了单极子的存在。 1931 年，英国理论物理学家保罗·狄拉克 （Paul Dirac）证明在量子力学中允许存在这样一个粒子，然后到了 20 世纪 70 年代，单极子成为了大统一理论的一种结果。

物理学家詹姆斯·平弗德长期以来一直在寻找磁单极子，他说，他的探测“将使我们远远超出目前的标准模型”。（图片来源：Richard Soluk）

这个框架将自然界的三个基本力——强力、弱力和电磁力——结合成一个整体。 但是，这种统一只有在炽热而充满能量的宇宙大爆炸中才有可能。另外，弦理论认为力和粒子都是由细小的弦状单元的振动产生的，这给磁单极子的存在又一次提供了有力的证据支撑。

作为世界上最著名的弦理论家之一，加利福尼亚大学圣巴巴拉分校（University of California, Santa Barbara）的约瑟夫·波尔辛斯基（Joseph Polchinski）在2002 年评论说，磁单极子的存在是“关于物理学最保险的赌注之一，但它迄今为止还没露面。 ”16 年后，在他于 2018 年 2 月去世之前，他仍然坚持这一观点。他说：“每当你进入一个完全统一的物理学理论，你总是会发现磁单极子。”

对单极子最简单的描述，就是它们是携带磁荷的基本粒子。 它们类似于携带电荷、电子和夸克的粒子，而后者构成了我们周围的物质。

磁单极子也会表现出我们所熟悉的行为： 相同的磁荷会相互排斥，而相反的磁荷会相互吸引。这些粒子很可能具有相当大的质量。科学家们相信它们将以可预测的、最终可探测的方式与日常物质相互作用。

理论物理学家阿图·拉赞提（Arttu Rajantie）说： “在非常基本的水平上，这就是我们认为单极子值得寻找的原因。 我们确实了解它们会有怎样的行为。”

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磁单极子“嫌疑人”

尽管物理学家们还在努力寻找磁单极子，但几十年前的研究发现表明我们可能已经偶然找到了它们。

1982 年 2 月 14 日，斯坦福大学（Stanford University）的研究人员在超导回路上探测到了一种特征电流，这种电流被认为只可能来自磁单极子。 三年后，在帝国理工学院 （Imperial College London），类似的实验中再次出现了一股无法解释的电流，与理论预测完全吻合。 由于没有其他探测器报告这样的事件，许多科学家认为这些信号是无法解释的仪器误差或背景噪声。 但是平弗德认为，如果是这样的话，那么这些年中一定还会探测到其他虚假的、可以被解释的信号。他说：“实际上，很难有一个实验问题能够完全模仿磁单极子的信号。”

甚至早在 1973 年，由加州大学伯克利分校（University of California, Berkeley）领导的一个研究小组就发射了一个装有一堆探测器的气球，其中包括类似于在 LHC 的 MoEDAL 探测器中使用的塑料板。 在爱荷华州苏城 （Sioux City）附近，一些高质量并且引人关注的单极型物质高速穿过机载探测器，不过它更像是从深空呼啸而来的重元素核，就像宇宙射线一样。 再一次，这个事件没有重现，这让科学家们感到沮丧又好奇。

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MoEDAL 探测器

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