根据俄罗斯和以色列的两个理论物理学家的计算,宇宙中允许存在的最大磁场是10的42次方高斯,这比之前预言的上限小了九个数量级。如果他们的计算正确的话,这个结果将排除存在“超导宇宙弦”和磁单极子的可能性。这项工作发表在《Phys.Rev.Lett.》杂志上。
白矮星、中子星和黑洞等所有致密天体周围都有很强的磁场,大约是10的17次方高斯。与之相比,地球的磁场就要小得多,只有不到一高斯。理论预言假象的超导宇宙弦的磁场可以达到10的47到48八次方高斯。宇宙弦是时空形成时存在的非常细的一维拓扑缺陷,它们可能是星系形成的最初原因。大统一粒子物理模型中假设了宇宙弦的概念,并且认为它们在宇宙大爆炸之后不久就存在了。
俄罗斯科学院Lebedev物理研究所的Anatoly Shabad和以色列Weizmann科学院的Vladimir Usov计算发现,宇宙中最大的磁场应该是10的42次方高斯,比宇宙弦的存在条件低。这个结果比之前的预测低九个数量级。之前的预测中假设了自然界中存在狄拉克单极子。虽然很多试图统一电弱和强相互作用的理论都预言存在狄拉克单极子,但这种粒子从来都没有在实验中观察到过。
Shabad和Usov考虑了纯量子电动力学(QED)中允许存在的最大磁场。他们求解了电子偶素在强磁场中的Bethe-Salpeter方程。当磁场增强时,电子和正电子之间的吸引力加强。极限情况是,当磁场达到10的42次方高斯时,电子和正电子之间的吸引力使它们融合在一起,作者称这个过程为电子偶素的“坍缩”。如此强的磁场下,电子和正电子间的能隙减小到零,所以10的42次方高斯以上的磁场不可能存在。Shabad解释说:“如果存在比这还大的磁场,真空就能激发出坍缩的电子偶素。”