磁気単極子

磁気単極子（じきたんきょくし、Monopole）とは単一の磁荷を持つとされる仮想的な素粒子。モノポールとも言われる。

現在では、宇宙のインフレーションの名残として生み出されたと仮定されるものの一つである。2009年現在に至るまでその存在は観測されておらず、現在でもモノポールを観測する試みがカミオカンデなどで続けられている。

[編集] 概要

通常、磁石にはN極、S極の二つの磁極が必ず存在し、この組み合わせを磁気双極子という。N極のみ、およびS極のみを持つ磁石、磁気単極子（モノポール）は現在まで観測にかからず存在しないと考えられており、マクスウェルの方程式により代表される古典電磁気学はこの前提のもとに構成されている。

しかし、古典電磁気学は磁気単極子の存在を許すように容易に改変出来る。さらに1931年にディラックは量子力学でも磁気単極子を考えることが可能であり、しかもそれが可能になるための条件から磁荷の最小単位が定まることを示して磁気単極子が一躍注目をあびた。

磁気単極子は陽子の10¹⁶倍の質量を持つため、陽子崩壊の触媒となることが予想されている。このためSFでは磁気単極子を磁場の中に封じ込め、振動させることによって燃料物質の陽子崩壊を誘発してエネルギー源として利用するアイデアが登場している。

ディラックによれば、マクスウェルの方程式は「磁気単極子の存在」により次のようになる。

$\nabla \times \mathbf{E} + \mu_0 \frac{\partial \mathbf{H}}{\partial t} = - \mathbf{J_m}$

$\nabla \times \mathbf{H} - \varepsilon_0 \frac{\partial \mathbf{E}}{\partial t} = \mathbf{J_e}$

磁気単極子は陽子の10¹⁶倍程度の質量を持ち、磁気単極子の磁荷gは次式で表される。

$g = \frac{n \hbar c}{2e}$

ここで、n は任意の整数である。

陽子崩壊の触媒として利用するモノポール反応炉としてパワードスーツであるモジュールや艦船の推進機関に使用されている。

半永久機関である波動エンジンに変わる新型機関「モノポールエンジン」として登場するため、真空相転移反応の触媒として使用されている。出力は波動エンジンのそれを凌ぐ。