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物理學家把不可能變?yōu)榭赡埽哼h程制造和取消磁場

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科學家們已經(jīng)找到一種從遠處制造和取消磁場的方法:讓電流通過一個特殊的電線裝置,可以產(chǎn)生一個磁場源像是來自其他地方的磁場。這種錯覺有它的實際應用:磁性納米粒子制成的膠囊包裹著抗癌藥物,直接將藥物送達人體內(nèi)深處的腫瘤部位。

在腫瘤部位放置一塊磁鐵來引導納米顆粒的前進路線,這幾乎是不可能的。但是我們?nèi)绻梢栽谌梭w外,以腫瘤為中心創(chuàng)造一個磁場,那么我們就可以跳過侵入性過程直接給藥。

磁場的強度隨著與磁體的距離增加而減弱。以及,1842年證明的恩紹定理認為,在空無一物的空間里不可能產(chǎn)生磁場強度。

“如果你不能在空無一物的空間里產(chǎn)生磁場,那么這也意味著除非目標位置有實際的磁場源,否則你就無法遠程創(chuàng)造磁場,”負責這項新研究的羅莎·馬赫-巴特勒說。巴特勒目前是意大利生物分子納米技術(shù)中心的一名物理學家。

但是,馬特-巴特勒和她的同事們認為,他們或許可以解決這個問題。在一項光學研究中,研究人員使用一種被稱為“超材料”(具備天然材料所不具備的性質(zhì))的工程材料,來突破光波帶來的分辨率限制。受這項光學研究的啟發(fā),馬特-巴特勒和同事們猜想,假設的磁性材料或許也可以讓磁場中的不可能變?yōu)榭赡堋?/p>

他們預想了一種磁導率為負1的材料。材料的磁導率表示該材料在磁場中增加或減弱磁場的能力。當材料的磁導率為負1時,材料內(nèi)感應的磁化方向?qū)⑴c初始磁場的方向恰好相反。

當然,依靠一種并不存在的材料來感應磁場,這種新方法并不是特別有用。但是即便不存在這種磁導率為負的假想材料,物理學家依然可以創(chuàng)造出一種臨時“材料”:使電流通過一組精心設計的電線。因為電流可以產(chǎn)生磁場,反之亦然,這是麥克斯韋電磁方程組的結(jié)果。

“最終,我們沒有使用任何材料,而是使用一組精心設計的電流,可以將其視為活性超材料,”馬赫-巴特勒說。

為了實現(xiàn)遠程制造磁場,馬赫-巴特勒和她的團隊設計了一個中空的圓柱體,圓柱由20根電線圍繞一根長長的內(nèi)部電線構(gòu)成。電流通過這些電線時,會產(chǎn)生一個磁場,看起來仿佛那根長長的內(nèi)部電線位于設備之外似的。事實上,磁場源并非在設備外部,但磁場本身和外部磁場源產(chǎn)生的磁場真假難分。

“我們制造了這種假象,讓磁場源看起來像是在遠處,”馬赫-巴特勒說。

但是這個方法在現(xiàn)實世界中的應用價值仍不明朗。這個系統(tǒng)的一個怪異之處是,筒狀電線和遠處磁場之間存在一片磁場非常強的區(qū)域。馬赫-巴特勒說,這個區(qū)域會干擾研究中的部分應用,但這是否成問題可能取決于研究人員對磁場的應用。

除了給藥之外,這個新方法的可能應用還包括遠程取消磁場。在量子計算領(lǐng)域,這個技術(shù)有助于消除外部磁場產(chǎn)生的“噪音”,這些噪音會干擾實驗測量。另一個應用或許是改善經(jīng)顱磁刺激。經(jīng)顱磁刺激使用磁體刺激大腦中的神經(jīng)元來治療抑郁癥。遠程控制磁場可以改善經(jīng)顱磁刺激的性,因此醫(yī)生可以更準確地觀察人腦的特定區(qū)域。

研究人員接下來希望設計一種電線裝置,以便遠程產(chǎn)生3D磁場。

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