磁單極子，在聲學領域首次亮相！科克大學(UCC)和牛津大學物理學教授謝默斯·戴維斯(Seamus Davis)帶領一組實驗物理學家發(fā)現(xiàn)了磁單極子流體產生的磁性噪聲。這是世界上第一次，研究小組發(fā)明了一種磁場噪聲譜儀，它可以讓人類感知到磁單極子噪聲。

這項研究發(fā)表在2019年7月3日的《自然》(Nature)期刊上，戴維斯教授與牛津大學的斯蒂芬·J·布倫德爾(Stephen J Blundell)合作。開發(fā)了一種探測和研究“突現(xiàn)”磁單極子的新方法，布倫德爾是理論物理學家的帶頭人。

在談到這一令人興奮的突破時，戴維斯教授說：科學家們現(xiàn)在將能夠首次研究磁單極子物理的新方面。磁單極子從根本上來說是很重要的，但又是非常難以捉摸的基本粒子。磁單極子是具有量子化磁荷的基本粒子，近年來隨著理論認識到在某些種類的磁絕緣子中，熱激發(fā)態(tài)具有磁單極子的所有特性。這些發(fā)現(xiàn)研究磁單極子的前景將有所改善，去年，布倫德爾和事弗蘭茲卡·科什納博士，費利克斯·弗利克博士預測：

這些化合物內部磁單極子的隨機運動將產生一種特定磁化噪聲。這些磁性絕緣體中的任何一個晶體，都應該自發(fā)地產生劇烈且隨機波動的磁場。然而，問題是這些磁場的大小預計接近地球磁場的十億分之一。作為回應，戴維斯和同事Ritika Dusad博士基于超導量子干涉設備。建立了一個非常靈敏的磁場噪聲光譜儀，幾乎所有來自磁單極子致密流體的磁性噪聲預測特征都是從Dy2Ti2O7晶體中發(fā)現(xiàn)。

由于這種磁單極子的噪音發(fā)生在頻率范圍低于20kHz，當磁場噪聲光譜儀放大它時，實際上人類是可以聽到的。磁單極子是具有量子化磁荷的假想基本粒子。理論上，磁單極子可以通過超導量子干涉裝置(SQUID)時產生的磁通量子化躍遷來檢測。根據(jù)理論預測，磁單極子應存在于包括Dy2Ti2O7在內的幾種鑭系焦綠石磁性絕緣體中，SQUID技術已被提出用于直接探測。然而，這種方法一直受到熱產生單極子的高數(shù)密度和再生組合波動的阻礙，理論的進步使預測磁通噪聲的譜密度成為可能。

磁通噪聲來自于這些材料中單極子產生的復合漲落。本研究是一種基于squidon的磁通噪聲譜儀研制，并對Dy2Ti2O7晶體產生的磁通噪聲頻率和溫度依賴性進行了測量。檢測了預測磁單極子等離子體磁通噪聲的幾乎所有特征，包括強磁化噪聲的存在及其特征頻率和溫度依賴性。模擬和實測磁通噪聲相關函數(shù)的比較表明，磁荷運動具有很強的相關性。有趣的是，由于Dy2Ti2O7發(fā)生-重組時間常數(shù)在毫秒范圍內，通過磁場噪聲光譜儀放大，磁單極子磁通噪聲人類也是可以聽到的。

博科園｜研究/來自：牛津大學

參考期刊《自然》

DOI:?10.1038/s41586-019-1358-1

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