宇宙解码 - 物理学家:绕过了一个多世纪的磁场理论

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  178年前,即1842年,英国数学家、物理学家、塞缪尔·恩肖(Samuel Earnshaw)证明,仅通过电荷的静电相互作用无法将点电荷的集合保持在稳定的固定平衡状态,这称之为恩肖定理(Earnshaw's theorem),这一定理限制了塑造磁场的能力,简单地来讲,如下面动画所示,这个定理表明一个永磁体不可能稳定地悬浮着。

  

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  一个物理学家团队找到了一种规避这个具有178年历史的物理定律,他们可以有效地消除远处磁场的这种影响,首次能够以切实可行的方式实现这一点。

  这项研究结果将具有广泛的应用。例如,患有神经系统疾病,例如阿尔茨海默氏症或帕金森氏症,的患者将来可能会获得更为准确的诊断,因为具有消除“嘈杂”外部磁场的能力,使用磁场扫描仪的医生将能够更准确地看到大脑中所正在发生的事情。

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  该最新研究结果论文,发表在最近一期的《物理评论快报》上。

  由于无法在自由空间中产生最大的磁场,因此控制了许多技术上必不可少的磁场。多年来,科学家们一直在努力应对这一挑战,现在,研究小组找到了一种解决这个基本问题领域的新策略。

  研究人员提出了一种基于负磁导率的策略来克服这一严格限制,通过实验证明一种有源磁性超材料可以在一定距离上模拟直流电流线的场,这种策略导致空域磁场的空前集中,并实现了远程消除磁场源,为在难以理解的区域操纵磁场开辟了道路。

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  研究团队通过创建一个由精心布置的电线组成的设备来实现这一目标,通过产生其它磁场来抵消不希望的有害磁场的影响。尽管在更高的频率上已经实现了类似的效果,但这是第一次在低频和静态场,例如生物频率静态场上实现,这将释放许多有用的应用前景。

  这些将来的应用前景如包括:

  量子技术和量子计算:其中来自外部磁场的“噪声”会影响实验读数神经影像学:其中一种称为“经颅磁刺激”的技术通过磁场激活大脑的不同区域。使用该研究技术,医生可能能够更仔细地解决需要刺激的大脑区域。

  生物医学:以更好地控制和操纵通过外部磁场在体内移动的纳米机器人和磁性纳米粒子,开发出潜在应用包括改进的药物输送和磁热疗。论文的主要作者、巴塞罗那大学罗莎·马赫·巴特勒博士说:“我们从一个最基本的问题开始,即是否有可能在远处创建磁源,提出了一个方法。“我们相信,这种方法可以远程控制磁场,这将对依靠人体等难以接近区域的磁场分布的技术产生重大的影响。”

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  萨塞克斯大学数学与物理科学学院的马克·巴森博士说:“我们发现了一种绕开恩肖定理的方法,这是许多人无法想象的。作为物理学家,这很令人兴奋。但这不仅是理论上的研究,因为这一研究可能会带来一些真正重要的应用,例如对运动神经元病患者进行更准确的诊断、更好地了解大脑中的痴呆症、或加速量子技术的发展。”

  

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