物理学中的独角兽 磁单极子 藏在哪里？

　　磁单极子是现代物理学中的独角兽，也就是说是很美好、但从来没有人见过的神话生物。说没人见过或许有些不准确，在1980 年代初的，曾经有物理学家宣称捕捉到磁单极子存在的证据，但孤立事件无法被检验，所以这件事沦为当代物理学的传说。

（示意图）

　　当然，或许我们找错了地方？一个国际研究团队最新的工作，进一步缩小了需要我们探索的范围。

　　在大气层上空的混乱环境里，他们借助之前高灵敏度的实验结果——来自强大的加速器——假定可以从混乱的大气上空中探测到的相同线索。

　　模拟高速宇宙射线炸开的原子碎片中产生磁单极子的过程，该团队可以自信地对制造磁单极子所需的能量设定一些硬性限制。

　　这并不是我们想要的激动人心的宣告，但这就是科学的运作方式。坦率地说，它值得等待。

　　如果磁单极子是独角兽，那么电荷就是马。他们很努力，很容易被找到，没有人会说马不存在。

　　在 19 世纪推导电磁方程时，苏格兰数学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦模拟了电子的运动。由此，我们得到电流和磁场的特征。

　　问题是，我们也可以替换方程的参数，并使用负电荷的磁当量。结果就是一个磁单极子。有趣的是，这些相同的方程现在揭示了移动磁场如何感应电流。

　　物理学是建立在这样的对称性的基础上的，尽管它本身可能只是数学投射的阴影，几乎无法证明磁单极子的真实存在。

　　直到量子物理学的曙光，理论家保罗·狄拉克(Paul Dirac)才以新的眼光重新考虑这种对称性，通过更复杂的方法进行推理，即如果宇宙中存在单个磁单极子，则电荷必须以离散的大小出现。

　　事实上，再次“量子化”并不能证明任何事情。但是随着量子场论的发展，一点一点地，也未排除掉磁单极子的存在性。

　　事实上，在 1970 年代，当物理学家开始意识到量子场在足够高的能量下变得无法区分时，很明显会出现一种波，其行为就像磁单极子一样。

　　半个世纪后，对物理学独角兽的追捕仍在继续，希望——如果抓住一只——我们也将获得关于物理学如何从一个统一的高能理论中出现的线索。

　　在大多数情况下，尽管进行了很多寻找，但却总是空手而归。斯坦福实验的一个小插曲曾短暂引发争论，但由于无法复现，它被视为“只是科学中发生的事情之一”。

　　大多数搜索都集中在筛选出可能在早期宇宙熔炉中产生的磁单极子。但是解释模型在细节上令人沮丧，这意味着我们只能冒险猜测它们的行为。

　　粒子加速器可以从黑暗中“冲”一个出来，但前提是磁单极子可以从相对较低的能量中产生。

　　另一方面，宇宙射线总是在地表喷射出大量的油腻的奇异粒子，能级超过我们的对撞机。

　　如果其中一个碰巧在未来吐出一个适当丰满的磁单极子，我们最好不要错过。根据这项研究的结果，像南极冰立方中微子天文台这样的实验可能是发现它们的最佳位置，只要它们有足够的质量。

　　毕竟，一只巨大的独角兽可以藏身的物理角落只有这么多。

　　这项研究发表在《物理评论快报》上。