0. 磁场单位及典型值
首先我们来看一些典型的磁场,对磁场的大小有一个基本的了解:
磁场有两种单位:高斯(G)和特斯拉(T)。
1T=
地球磁场约为1高斯,
普通磁铁的磁场强度在10^2-10^5高斯范围内。
2018年,日本东京大学的一组物理学家在实验室中实现了最强的可控磁场:1200特斯拉,尽管它只持续了0.1秒。
“自爆”脉冲磁场一、最强天然磁场:中子星
一颗具有足够质量(太阳质量的几倍)的恒星在其后期会发生大爆炸,将其大部分物质抛入宇宙,留下一个致密的核心,即中子星。 这次爆炸是超新星爆炸。
超新星爆炸
在传统模型中,中子星(核心)由中子组成,质量约为太阳质量的1至2倍,半径约为10公里。
中子星艺术插画
(来源)
除了高密度之外英语作文,中子星还具有非常强的磁场:
在中子星表面物理学家下叉,最高可达10^{15}高斯;
其中有一类中子星称为磁星,其磁场值范围为10^{12}高斯到10^{15}高斯,是宇宙中最强的磁场。 而其核心最高可达10^{20}高斯。
然而,迄今为止,中子星的内部结构和强磁场的来源尚未得到有效解释。
2.最强人工磁场:重离子碰撞
虽然一开始就提到了实验室里的人工磁场,但那是可控的情况。
事实上,人类达到的最强磁场是在粒子对撞机中。
在重离子对撞机中,两束重原子核(例如带正电的金原子核)被加速到接近光速并正面碰撞。 例如美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机:
美国布鲁克海文国家实验室 (BNL) 的相对论重离子对撞机 (RHIC)
原子核以接近光速运动可以相当于强大的电流。
我们知道电流可以产生磁场,因此在这种情况下可以产生非常强的磁场:可以达到10^{18}-10^{20}高斯,比磁场强数亿倍。中子星的磁场!
当然,这个过程结束得很快,持续时间只有飞秒(10^{-15}秒)。
3、史上最强磁场:早期宇宙的电弱相变
如果我们不局限于现在,而是看整个宇宙的历史,那么在宇宙的早期,存在着比上述两种情况都要强得多的磁场。
目前我们已经发现了四种相互作用,即电磁力、强力、弱力和重力。 目前的研究表明,在极高的能量或温度下,电磁力和弱力会成为统一的力,称为电弱统一力。
大爆炸初期,温度极高,电磁相互作用和弱相互作用尚未与电弱统一相互作用分开。 但随着宇宙膨胀,温度降低物理学家下叉,分离发生。 这个过程称为“电弱相变”。 也就是说,在这个过程中,产生了宇宙历史上最强的磁场。 理论计算发现可以达到10^{20}sim 10^{23}高斯!
宇宙的温度随着时间的推移而变化。 电弱相变发生在大爆炸后 10^{-16} 秒内! 4. 测量磁场
成为...
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参考