Only Perception: 科學家首度觀察到「磁流」

2009-12-09

科學家首度觀察到「磁流」

'Magnetricity' observed and measured for the first time
http://www.physorg.com/news174851494.html

October 15th, 2009

(PhysOrg.com) -- 根據一項由 London Centre for Nanotechnology 所領導的新研究表示，在某些物質中，磁荷（magnetic charge）的行為與交互作用就像是電荷。

這些發現可能導致當前磁學理論的重新評估以及重要的技術進步。

這項研究（刊載在今日的 Nature 上）證明原子大小的「磁荷」的存在，其行為與交互作用正如同更熟悉的電荷。該研究也證明。電與磁間完美的對稱 -- 這種現象被來自於 LCN 以及 STFC ISIS Neutron and Muon Source 的作者們稱為「磁流（magnetricity）」。

為了要首度實驗性地證明磁流（magnetic currents）的存在，該團隊測繪出 Onsager 在 1934 年提出的、置於磁流上之水中離子的運動理論。磁流位於一種稱為自旋冰（spin ice）的物質中。

他們接著施加一磁場到溫度很低的自旋冰樣本上來試驗這個理論，並利用 ISIS 的渺子（muons）（源）觀察到此過程。

這項實驗讓該團隊能在自旋冰（Dy2Ti2O7，鈦酸鏑）中偵測磁荷，藉此測量它們的流動，並決定磁荷在此物質中的基本單位。他們所觀察到的磁單極子（monopoles）在自旋冰的磁態擾動時出現，且只能存在於該物質內部。

Professor Steve Bramwell，該論文的 LCN 共同作者，表示："磁單極子首度在 1931 年被預測存在，但任憑眾多研究，它們從未被觀察到如基本粒子那樣自由地漫遊。這些磁單極子至少確實存在於自旋冰樣本中，但外面則否。"

"在物理學領域中，要得到「詢問『你如何測量某樣東西？』，然後接著明確地證明某個理論」的機會並不常見。確立磁荷能像電荷那樣流動，是相當重要的一步。那仍在早期階段，但在百年的時間內，誰又知道磁流能有應什麼樣的應用。"

Professor Keith Mason（STFC 主任）表示："明確證明磁荷在自旋冰中傳導，顯然增加我們對於電磁學的理解。雖然磁流能在科技中找到什麼應用，我們仍需要觀望，不過這項研究證明，由好奇心所驅使的研究，總有潛力在我們生活與工作上造成影響。先進材料的研究十分依賴利用中央研究實驗室，一如 ISIS 讓 UK 科學社群能夠興旺並造就出像這樣令人振奮的發現。"

Dr Sean Giblin，ISIS 儀器科學家以及本論文共同作者表示："這些結果令人驚訝，利用 ISIS 的渺子，我們終於能證實，磁荷正如同離子在水中導電的方式那樣，真的在某溫度下傳導通過某些物質。"

※ 相關報導：

＊ Measurement of the charge and current of magnetic monopoles in spin ice
http://www.nature.com/nature/journal/v461/n7266/full/nature08500.html