几个世纪以来，物理学家们已经通过寻找磁单极子来帮助武装一切关于磁极的理论。而如今，他们可能比历史上任何时候都要接近成功。

James Pinfold在孩童时期就对磁铁钟爱有加，他惊讶于这种能够吸引以及排斥金属物体的看不见的力量。在好奇心的驱使下，他有一次看到一个条状磁铁的一半，然后试图分离磁铁的南北极。就像每个做过这样的实验的人一样，Pinfold最终只是得到了一对更小的但依然具有两极的磁铁。如今已是阿尔伯塔大学物理学家的Pinfold说：“我当时觉得那真是不可思议，为什么不能分成单独的两极呢？”

这个问题伴随他至今，Pinfold现在是一项探寻理论上的只有单极的粒子项目的领头人——这种粒子只有北极没有南极，或者正好相反。这种粒子成为单极粒子，它们看起来不可能找到，甚至不可能存在，许多基础理论物理学家已经计划探寻自然界的基础力量。

而现在，这些令人讨厌的粒子逃避了科学家们几十年的探索。研究员们的探索已经触及到了天空、海水和冰中。他们已经从地球两极地区提取出岩石样本，还开始在陨石和月球尘埃中进行研究，寻找那些可以追溯到十亿年前的踪迹。在科学史上，按理来说，没有哪一项研究比单极子研究的时空跨度更大。即使现在也没有。

但即便困难重重，科学家也没有放弃。Pinfold的实验是在价值40亿美元的大型强子对撞机（LHC）中进行，从亚原子碎片中找寻单极性质粒子，科学家们同时也在进行宇宙中剥落的单极粒子的探寻。我们现在或许已经有了发现这些“该死的”东西的机会了。

为什么大家都在大惊小怪的？单极磁场可能只是帮助我们当下粒子物理学的僵局而已。一个已经建立了几十年的标准框架结构模型描述了四个自然界基本力量中的三个以及他们各自在量子力学中的精确的伴随粒子。这几乎是所有科学领域中最成功的的理论了，但也留下了令人绝望的不完善。例如该理论没有考虑到重力。也没能解释令人困惑的暗物质---一种神秘的，无尽的物质。

单极子，一种全新的粒子，可以展现科学发展前进的路。Pinfold 说：“单极子或许可以让我们打破既有的标准模式”。单极子或许还能揭露出如何合并三种标准的力，允许科学家们离一个所谓的终极理论更进一步，这将推动所有领域的科学的发展。人类或许能够最终理解整个宇宙的运行。

但第一步是：找到这一粒子

一个持续存在的问题

难以捉摸的单极磁体给人们带来的困惑可以追溯到150年前。在1860年，苏格兰数学家、物理学家麦克斯韦，提出了描述电磁现象的方程。这两个力都是自然界基础力，非常贴切地被命名为电磁力。

在麦克斯韦提出的方程中包含了已知的正负电荷。这些相对的电荷非常容易分开出现：头发摩擦气球便可获得额外的静电。但因为磁力看起来总表现的“买一送一”，这些“连体的”南北极被称为偶极---在该理论中不存在单极子。

麦克斯韦的模型在没有电荷的情况下运行的很好，他的远见让现代科技变得可能，从电力时代到无线通讯时代以及计算机时代。

20世纪的理论发展直接地为单极子的研究做了理论准备。在1931年，英国理论物理学家Paul Dirac提出量子力学是的这样一种粒子可以存在，到了上世纪70年代，单极子如同大统一理论的结果一般浮现出来。

物理学家James Pinfold对单极子进行了长期的探索，而这一探索可能“让我们超越当下的标准模式。”

这一框架包含了三种自然界的基本力----强核力、弱核力、和电磁力，整合为一个能量体。但这样的力的集合体只在难以想象的极高温度、能量下存在，即宇宙出生时的大爆炸时。但是另一种理论----弦论确提出力和粒子都是由弦状的基本单位震动而来，这又给了单极子一个有力的理论支撑。

依照这些根据情况推测的单极子理论，最著名的弦理论家，加州大学圣塔芭芭拉的Joseph Polchinski在2002评论，这些间接证据的（单极子理论）存在是“我们还未能见到的物理学中最安全的赌博”。16年后，在他2018年2月去世之前，他任然支持这一理论他说：“无论你何时构建一个完全同意的物理学理论，你会发现单极子理论总会伴随而来”。

单极子的基本轮廓描绘了它们作为带电粒子带有磁场电荷。它们类似于带电粒子像电子，夸克等，这些例子组成了我们身边的一切。

单极子表现地非常亲密：相同的电荷会排斥彼此，而相反的则会吸引。这种粒子可能拥有很客观的质量。科学家们对此非常的有信心，他们会致力于找到这种可预测的，最终可探测到的方法。

理论物理学家Arttu Rajantie 说：“在一个最基础的级别上，我们认为单极子很值得寻找的理由就是我们知道它们是什么样子的”

也许是单极子？

当物理学家们在努力地捕捉磁单极子时，几十年的寻找或许昭示着我们已经遇到了瓶颈。

1982年2月14日，斯坦福大学的研究员在一个超导环路上探测到一个独特的电荷瞬间出现，那只可能来自磁单极子。3年后在伦敦的帝国理工学院，另一个无法解释的瞬间也出现了，而这个瞬间也完美的合乎理论上的预测。因为没有其他探测者上报此类的事件，许多科学家便驳回了这些出现的信号，理由是无法解释的机械故障或背景噪音。但如果那些信号就是关键的例子，James Pinfold争辩道，那么那些谬误的以及可能解释的通的探测这么些年也一直在发生。他说：“想要精确地模拟来自单极子的信号的确是非常困难”。

更早些的1973年，加州伯克利分校领导的团队发射了一个搭载了整套装备的气球，包括了像大型强子对撞机中的MoEDAL探测器使用的塑料片。在爱荷华州的苏城附近，诱人的重型单极子式能量穿过空投的探测器---尽管这看起来更像一个来自宇宙深处射线带来的重元素的核心。再一次的，这让科学家们感到沮丧，又好奇。

MoEDAL探测器

Rajantie的名字：Arttu的发音很想星战力的人物R2-D2，在他的帝国理工学院的办公室电脑顶上坐着个可爱的矮胖机器人。由此，Rajantie做了次临时旅行，去了瑞士日内瓦的大型强子对撞机，这里也是Pinfold工程的一部分，磁单极子实验正在如火如荼地进行中。两个MoEDAL（发音同medal，用于探测单极子和其他异常现象），这一合作项目已经聚集了来自四个大洲的70名成员。MoEDAL从2015年开始收集数据，并且将始终伴随大型强子对撞机的运行，将在本年12月结束，可能在2020到2022年期间再度运行。

参观者可能不会对MoEDAL多瞥一眼，这玩意看起来就像个银色的金属柜子。MoEDAL使用了一个耗资巨大的地下洞穴，两倍于强子对撞机大小的巨大实验室。该项目负责探测“美夸克”，一种存在时间极短的粒子，仅在两束接近光速移动的质子束碰撞时发射出来。这两束粒子束从17英里长的环状大型对撞机中射出，而质子碰撞的“烟火”就在MoEDAL的地下洞穴里发生。

MoEDAL的封闭式探测器包裹住碰撞点，等待着任何磁单极子离开撞击点。磁单极子粒子将会在MoEDAL隔层中的单薄的塑料片上留下痕迹，那是极度细小的破坏轨迹。Pinfold 说：“MoEDAL就像一个巨大的照相机”而塑料片就像是相机的底片。如果他的团队发现了底片上有排成一行的细小孔洞对着后面的队长机中质子撞击点，那么Pinfold和他的成员们就离成功不远了。

Pinfold说：“MoEDAL仅探测新的物理学科，目前还没有标准模式中的粒子能在我们的塑料板上打出痕迹”。因此探测器应该不只发现单极子，还应该能发现一个更加合适的“粒子丛林”。“一次大发现就足矣让一些美妙的事情发生”

MoEDAL的实验在欧洲核子研究中心的大型强子对撞机中进行，在粒子撞击产生的碎片中搜寻单极子

在MoEDAL中的第二种探测器由铝制成，可以更好地完成对单极子的捕获，其方法是通过“诱惑”这些“变节的”粒子。Rajantie称：“当磁单极子飞过铝制探测器时，粒子会减速并且被困住”研究员们可以使用铝制探测器经过一个超导线圈的方法来研究单极子的存在，超导线圈------一个可以探测出弱磁场的装置。一个普通的双极磁铁可以在线圈内创造出两个电场并能有效地抵消掉彼此，然而一个单极磁则会触发一个持续存在的电场，Pinfold称：“没有办法可以伪造出一个被困住的单极子发出的信号”。

单极子必将被困住，现在所有的研究员们只需要十指交叉地看着，等待着即可。

自然的单极子

在世界的另一端，科学家们正在尝试一种不同的方法。不再是捕获经由人工产生的粒子撞击制造出的单极子，而是寻找自然界的，来自宇宙的单极子，由创世大爆炸的熔炉中产生的，坠落到地球上的普通单极子。这些单极子可以在不同的尺寸间变动，从超重的变为轻型变种，并且可以以完全不同的速度运行，最快的甚至可以在磁场中以接近光速移动。

1660个水箱，占地接近1200平方英里，这是位于阿根廷的皮埃尔钻天文台的一部分。这些水箱可以探测到单极子以及由宇宙射线产生的粒子束。

皮埃尔钻天文台的目标便是这些速度飞快的单极子。连绵于阿根廷西部安第斯山脉下面的平原上，发现了难以置信的高能粒子束造成的宇宙射线。在我们的大气层上，宇宙射线毁掉了地球大气上不走运的一些分子。分子残骸开始了一连串的，数以十亿计的粒子反应，这就是大气层宇宙线簇射，这些反应的“焰火”射向大地，发出独特的紫外线。

运气好的话，天文台的紫外线转换望远镜也能发现坠落的宇宙单极子。不同点很容易发现：早些时候的宇宙射线高峰期处于紫外线能量中，随后逐渐衰弱直至大气层宇宙线簇射的衰亡，经受住“考验”的单极子在坠落时则会发出能量。

一名芝加哥大学以及皮埃尔钻天文台的天体物理学家Paolo Privitera 称“一切都以单极子与探测器中的某一物质发生反应为基础”。 MoEDAL的案例中，探测器反应物质为塑料和铝。“而在我们的案例中，反应物质为空气和大气层”。

目前为止，天文台还没有在大气中探测到单极子。但奇怪的是捕捉到这些粒子应该由使用天文台的主要宇宙射线的探测器来完成：近1700个散布在1200平方英里的水箱，仅比罗德岛州（美帝州名）小一些，宇宙射线的大气簇射中的高能粒子穿过水的速度甚至比光还要快些。（光仅在宇宙真空中才有无法超越的速度）因此，粒子会发出可探测的，称为契连科夫辐射的闪光，类似于可见的声波激增。单极子粒子的簇射应该会造成影响，使得水箱变成更均匀的工具，更容易发现这些粒子。天文台的研究员们正在找到如何从宇宙射线中把它精确地区分出来。

另一个天文台，位于南极的冰立方中微子天文台，使用的既不是大气也不是水，而是用冰对单极子进行拉网式搜查。该工程的科学家以及将电缆以及数以千计的传感器镶入南极四分之一立方英里的原始冰层中。这些传感器的主要任务是发现幽灵般的中微子，中微子可以与水分子发生反应产生高速移动的带电粒子，同时也会产生契连科夫辐射光。

在南极，冰立方中微子天文台使用南极的冰来探测粒子，其中就包括自然界中的磁单极子。

高速移动的单极子也从这种辐射光中射出，同时也有相当大量的慢速单极子---出于不同的原因，它们很慢。这些单极子诞生于早先大统一时代的宇宙大爆炸，那时三种宇宙基本力合为一体，拥有着极高的能量密度，也是标准模式下的粒子和力浑为一体地方。Pinfold称：“大统一时代的单极子包含在大爆炸微小的心脏地带，那时所有的力都是平衡的”当一个冰中的质子暴露在单极子核心上时，基本的粒子区别便消失了，质子会衰退，它的夸克组成部分会转移到另一类粒子上，比如正电子，这就会产生可以探测的契连科夫辐射。”

2015年，当他们（冰立方中微子天文台）发表最近的专业报告时，研究员们基于两年以来的有价值数据，还没有在冰层中发现任何单极子。但耐心的等待总会有回报的。

一个磁力的未来

如果磁单极子的确在地球周围出现，或者有粒子撞击产生的碎片，我们就能得知。而应该有某个人，在某个地方，能够毫不含糊地当场捕捉到这些“淘气鬼”，之后真正有趣的事情就会开始发生了。关于单极子的争辩会变得很容易，操控这些粒子也只需要通过普通的电磁场即可。单极子会像磁那样流动，而不是像电流那样，铺设磁控管技术，包括“磁电技术”，或许在超小型数据存储或完全重新设计计算机结构领域有所突破。

科学实验中，研究一种新的粒子可能最终实现大统一理论，甚至关于一切的理论。而进入这一新的物理学领域需要对这些单极子的“头”进行残暴地粉碎。Rajantie 说：“如果我们能发现他们，我们这些微观物理学家想要做的就是拥有一台对撞机，用它来轰击单极子看看能轰出什么来。”谁知道呢，也许大型强子对撞机会变成大型单极子对撞机。

最终，Pinfold等好奇为什么磁铁不能分成单独的北磁极或南磁极的人会得到答案。    

Pinfold说：“磁单极子的运行，就像一条黄金脉络一样贯穿了现代的宇宙理论的发展，如果我们真的看到了什么，那会是个伟大的成就。”

我们看看麦田圈里的磁场图形

2000年7月22日，这是一个标准的磁场图形

2002年7月18日，有六个磁极的磁场拉伸？

2004年8月10日，两个或四个磁极碰撞？

2005年7月24日，这是不是三个磁极？

2005年7月24日

2005年8月7日，这是否是单磁极？

到了2006年麦田圈里的磁场进一步升级

2006年7月20日，这是我们地球的磁场还是虫洞周围的磁场？

2006年8月6日，磁场（空间）拉伸，扭曲？

2006年8月15日，磁场（空间）拉伸？

2006年麦田圈里的虫洞？

2007年7月16日，看似蝴蝶的磁场弯曲

到了2008年，开始出现各种太极的演变，自由能源的图形

翻译：Rick

http://discovermagazine.com/2018/dec/a-magnetic-quest