科克大学(UCC)和牛津大学物理学教授谢默斯·戴维斯(Seamus Davis)带领一组实验物理学家发现了磁单极子流体产生的磁性噪声。这是世界上第一次，研究小组发明了一种磁场噪声谱仪，它可以让人类感知到磁单极子噪声。这项研究发表在2019年7月3日的《自然》(Nature)期刊上，戴维斯教授与牛津大学的斯蒂芬·J·布伦德尔(Stephen J Blundell)合作。
开发了一种探测和研究“突现”磁单极子的新方法，布伦德尔是理论物理学家的带头人。在谈到这一令人兴奋的突破时，戴维斯教授说：科学家们现在将能够首次研究磁单极子物理的新方面。磁单极子从根本上来说是很重要的，但又是非常难以捉摸的基本粒子。
磁单极子是具有量子化磁荷的基本粒子，近年来随着理论认识到在某些种类的磁绝缘子中，热激发态具有磁单极子的所有特性。这些发现研究磁单极子的前景将有所改善，去年，布伦德尔和事弗兰兹卡·科什纳博士，费利克斯·弗利克博士预测：这些化合物内部磁单极子的随机运动将产生一种特定磁化噪声。
这些磁性绝缘体中的任何一个晶体，都应该自发地产生剧烈且随机波动的磁场。然而，问题是这些磁场的大小预计接近地球磁场的十亿分之一。作为回应，戴维斯和同事Ritika Dusad博士基于超导量子干涉设备。建立了一个非常灵敏的磁场噪声光谱仪，几乎所有来自磁单极子致密流体的磁性噪声预测特征都是从Dy2Ti2O7晶体中发现。
由于这种磁单极子的噪音发生在频率范围低于20kHz，当磁场噪声光谱仪放大它时，实际上人类是可以听到的。磁单极子是具有量子化磁荷的假想基本粒子。理论上，磁单极子可以通过超导量子干涉装置(SQUID)时产生的磁通量子化跃迁来检测。根据理论预测，磁单极子应存在于包括Dy2Ti2O7在内的几种镧系焦绿石磁性绝缘体中，SQUID技术已被提出用于直接探测。
然而，这种方法一直受到热产生单极子的高数密度和再生组合波动的阻碍，理论的进步使预测磁通噪声的谱密度成为可能。磁通噪声来自于这些材料中单极子产生的复合涨落。本研究是一种基于squidon的磁通噪声谱仪研制，并对Dy2Ti2O7晶体产生的磁通噪声频率和温度依赖性进行了测量。
检测了预测磁单极子等离子体磁通噪声的几乎所有特征，包括强磁化噪声的存在及其特征频率和温度依赖性。模拟和实测磁通噪声相关函数的比较表明，磁荷运动具有很强的相关性。有趣的是，由于Dy2Ti2O7发生-重组时间常数在毫秒范围内，通过磁场噪声光谱仪放大，磁单极子磁通噪声人类也是可以听到的。
博科园｜研究/来自：牛津大学
参考期刊《自然》
DOI: 10.1038/s41586-019-1358-1
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