物理学家可以做到“不可能”:从远处创建和破坏磁场

物理学家可以做到“不可能”:从远处创建和破坏磁场

科学家们已经找到了一种在远处产生和消除磁场的方法。

该方法涉及使电流流过特殊的电线布置,以产生看起来好像来自另一个电源的磁场。这种错觉有实际的应用:想象一种可以通过磁性纳米粒子制成的胶囊直接递送到体内深部肿瘤的抗癌药物。不可能在肿瘤中粘磁铁以引导纳米颗粒的行进,但是如果您可以从体外以该肿瘤为中心的磁场产生磁场,则无需进行侵入性手术即可递送药物。

磁场的强度会随着距磁体的距离而减小,于1842年被证明的定理Earnshaw定理说,不可能在空的空间中产生最大磁场强度的光斑。

物理学家罗莎·马赫·巴特勒(Rosa Mach-Batlle)表示:“如果您无法在空旷的空间中获得最大的磁场,则意味着您无法远程创建磁场,而无需在目标位置放置实际的(磁场)源。” Istituto Italiano Di Tecnologia意大利生物分子纳米技术中心负责这项新研究。

使假设成为现实

不过,马赫-巴特勒(Mach-Batlle)和她的同事们认为,他们也许可以解决这个问题。他们的灵感来自光学工作,这种工作使用称为超材料的工程材料(旨在具有任何自然存在的材料都没有的特性)来解决由光波长设置的分辨率限制。同样,他们认为,假设的磁性材料可能使磁场世界成为不可能。

研究人员预想了一种材料的磁导率为负1。材料的磁导率表明该材料在暴露于磁场时会增加或减少磁场的程度。在磁导率为负1的材料中,材料内感应的磁化方向将与初始磁场的方向相反。

当然,依靠不存在的材料感应磁场的新方法并不是特别有用。但是,即使不存在这种假设的具有负磁导率的材料,物理学家也可以通过流过特定导线的电流来创建一种临时的“材料”。这是因为电流会感应出磁性,反之亦然,这是麦克斯韦电磁方程式的结果。

“最后,我们不使用任何材料,而是使用精确的电流排列方式,可以将其视为活性超材料,” Mach-Batlle告诉Live Science。

为了从远处创造场地,Mach-Batlle和她的团队创造了一个空心圆柱体,该圆柱体由大约20条金属丝围绕一根长的内部金属丝组成。当电流流过这些导线时,它会产生一个磁场,看起来就像长的内部导线实际上在设备外部一样。电磁效果相当于发狂的声音。场的源实际上不在设备外部,但是场本身与如果源在设备外部将导致的场是无法区分的。

Mach-Batlle说:“我们给人一种远距离拥有这种来源的幻觉。” 研究人员于10月23日在《物理评论快报》上发表了他们的发现。

生物医学应用

关于此方法在现实世界中的应用效果如何仍存在疑问。该系统的一个怪癖是,线筒和一定距离的磁场之间存在非常强的磁场区域。马赫-巴特勒(Mach-Batlle)说,该地区可能会干扰这项研究的某些应用,尽管它是否有问题可能取决于您要在该领域进行的工作。

药物输送以外的可能应用包括从远处消除磁场,该技术在量子计算中可能有用,可减少来自可能干扰测量的外部场的“噪声”。另一个用途可能是改善经颅磁刺激,后者使用磁体刺激大脑中的神经元来治疗抑郁症。能够远距离控制磁场可以改善经颅磁刺激的针对性,因此医生可以更好地关注人脑的特定区域。

研究人员接下来希望建立一种导线配置,以允许远距离创建3D磁场。

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