Real time novel observations of net quantum magnetism in macroscopic matter with a nanomagnetic ferrolens and emulation and extrapolation of a spin relativistic electromagnetic flux manifold fiber model for the quantum magnet (electron at rest)

Abstract

A new physical quantum optic nanomagnetic device and qualitative scientific tool for visualizing in real time net quantum magnetism in macroscopic matter was introduced for the first time to Academia and the general science and research community, conceptualized its operation and methodology, and analyzed its results by the author of this thesis starting back at the year 2017. Subsequently, the following years up today, extensive pioneering research without any other existing specific literature in the subject since this was something totally new, was published by the thesis author and co authors establishing the related literature for this particular new scientific tool for making visible magnetic fields. The device which its academic name was coined by the thesis author as ferrolens in the literature, besides its research applications can have many potential applications in the industry and has the unique feature apart from the other well known methods and devices like SQUID Scanning Magnetic Microscopy and industrial magnetic field gel based viewing film, that it can display discrete magnetic lines of force of the existing field in macroscopic magnetic matter. This gives the device automatically an edge and advantage for the thorough study of magnetic field’s geometry and topology and especially the study of complex magnetic flux manifolds like these of macroscopic magnetic arrays and magnetic lattices. Furthermore and also importantly, due to the fact that it is a nanomagnetic mesoscale optic sensor it has as we show herein, very little Quantum Decoherence therefore allowing it to display the Net Quantum Magnet Field (QMF) inside condensed matter macroscopic magnets, concerning mainly the vorticity of these magnetic fields. The author herein, describes a possible physical mechanism and theory by which these experimentally novel observed net quantum vortexing magnetic fields inside ferromagnetic matter decohere to the known classical projected outside on air, macroscopic magnetic fields topology and geometry with some interesting conclusions. The ferrolens as the author shows experimentally and analyze the results, can be used for the observation of non-homogeneous magnetic fields in ferromagnets as well as homogeneous magnetic fields like for example, inside electrical solenoids or Helmholtz coils (Helmholtz coil was constructed in our Institution by the thesis author). Another, novel application and published research of the ferrolens the author presents herein, is for the real time display of dynamic (changing) magnetic fields, for example that on a high-voltage transmitting VLF (Very Low Frequency) radio antenna. Spiking the interest of the physics community specially the well known the last decade research area of synthetic magnetic monopoles, the author herein and publication co authors published research of visualizing with the ferrolens a novel macroscopic synthetic Dirac magnetic monopole field emulator by devising and constructing a novel synthetic magnetic monopole array prototype. After all these research over the last five years and experience and analysis gathered, the author of this thesis realized and came to the very important conclusion that the ferrolens quantum optics nanomagnetic sensor display of the collective magnetic behaviour and field of the unpaired electrons inside ferromagnetic matter, can be used as a Quantum Emulator (i.e. an emulator is a physical device non-algorithmic simulator of physical phenomena) to describe the magnetic field flux manifold of the single Quantum Magnet (i.e. electron at rest or else called as a stationary magneton). We used the ferrolens display of the net quantum magnetic field of ferromagnets to extrapolate a novel spin relativistic magnetic flux manifold model for a single isolated free electron at rest with no translational motion. Please notice, our proposed electron intrinsic fiber model is semi-classical and does no need to comply with quantum mechanics type of restrictions like the Heisenberg Uncertainty Principle. It does not examine the interaction of the electron with its environment via its electric and magnetic interaction fields but focuses only on its isolated intrinsic charge. This is also the main theoretical elementary particle physics beyond the standard model research based on experimental observations presented in this thesis, with unforeseen implications to physics in the future.

Μια νέα φυσική κβαντική οπτική νανομαγνητική συσκευή και ποιοτικό επιστημονικό εργαλείο για την οπτικοποίηση σε πραγματικό χρόνο συνιστάμενου κβαντικού μαγνητισμού σε μακροσκοπική ύλη εισήχθη για πρώτη φορά στον Ακαδημαϊκό χώρο και τη γενική επιστημονική και ερευνητική κοινότητα. Εννοιολόγηθηκε η λειτουργία και η μεθοδολογία της και αναλύθηκαν τα χαρακτηριστικά της και τα αποτελέσματά των παρατηρήσεων από τον συγγραφέα αυτής της διατριβής ξεκινώντας από το έτος 2017. Στη συνέχεια, τα επόμενα χρόνια μέχρι σήμερα, εκτενής πρωτοποριακή έρευνα χωρίς καμία άλλη υπάρχουσα ειδική βιβλιογραφία στο θέμα, καθώς αυτό ήταν κάτι εντελώς νέο, δημοσιεύτηκε από τον συγγραφέα της διατριβής και τους συνεργάτες του που καθιέρωσαν τη σχετική βιβλιογραφία για το συγκεκριμένο νέο επιστημονικό εργαλείο για τη δημιουργία ορατών μαγνητικών πεδίων. Η συσκευή που το ακαδημαϊκό της όνομα επινοήθηκε από τον συγγραφέα της διατριβής ως φεροφακός ferrolens στη βιβλιογραφία, εκτός από τις ερευνητικές εφαρμογές της μπορεί να έχει πολλές πιθανές εφαρμογές στη βιομηχανία και έχει το μοναδικό χαρακτηριστικό σε αντίθεση από τις άλλες γνωστές μεθόδους και συσκευές όπως το SQUID Scanning Magnetic Microscopy και το βιομηχανικό μαγνητικό φιλμ gel προβολής πεδίου, ότι μπορεί να εμφανίσει διακριτές μαγνητικές γραμμές του υπάρχοντος πεδίου σε μακροσκοπική μαγνητική ύλη. Αυτό δίνει στη συσκευή αυτόματα ένα πλεονέκτημα σε ότι αφορά την ενδελεχή μελέτη της γεωμετρίας και της τοπολογίας του μαγνητικού πεδίου και ιδιαίτερα τη μελέτη πολύπλοκων πεδίων μαγνητικής ροής όπως αυτές των μακροσκοπικών μαγνητικών συστοιχιών και των μαγνητικών πλεγμάτων. Επίσης σημαντικό, λόγω του γεγονότος ότι είναι ένας νανομαγνητικός οπτικός αισθητήρας μέσης κλίμακας, έχει όπως δείχνουμε εδώ, πολύ μικρή απώλεια Κβαντικής Συνοχής, επομένως του επιτρέπει να εμφανίζει το συνιστάμενο Κβαντικό Μαγνητικό Πεδίο (QMF) μέσα στην συμπυκνωμένη ύλη των μακροσκοπικών μαγνητών, που αφορούν κυρίως τη περιδίνηση αυτών των μαγνητικών πεδίων όπως παρατηρήθηκε. Ο συγγραφέας εδώ, περιγράφει έναν πιθανό φυσικό μηχανισμό και θεωρία με την οποία αυτά τα πειραματικά καινοτόμα παρατηρηθέν συνιστάμενα κβαντικά στροβιλιζόμενα μαγνητικά πεδία μέσα στη σιδηρομαγνητική ύλη αποσυντονίζονται (απώλεια κβαντικής συνοχής) στη γνωστή κλασική εικόνα του μακροσκοπικού μαγνητισμού, που παρατηρούμε συνήθως εκτός της ύλης του μαγνήτη στον αέρα. Μελετάμε την τοπολογία και γεωμετρία αυτών μακροσκοπικών συνιστάμενων κβαντικών δυνητικών μαγνητικών πεδίων και καταλήγουμε σε μερικά ενδιαφέροντα συμπεράσματα. Οι φεροφακοί ferrolens, όπως δείχνει πειραματικά ο συγγραφέας και αναλύει τα αποτελέσματα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παρατήρηση μη ομοιογενών μαγνητικών πεδίων σε σιδηρομαγνήτες καθώς και ομοιογενών μαγνητικών πεδίων όπως για παράδειγμα στο εσωτερικό ηλεκτρικών πηνίων ή πηνία διάταξης Helmholtz (το πηνίο Helmholtz κατασκευάστηκε στο Ίδρυμα από τον συγγραφέα της διατριβής). Μια άλλη, πρότυπη εφαρμογή και δημοσιευμένη έρευνα των φεροφακών ferrolens που παρουσιάζει εδώ ο συγγραφέας, είναι για την πρότυπη απεικόνιση με νανομαγνητική μέθοδο σε πραγματικό χρόνο δυναμικών (μεταβαλλόμενων) μαγνητικών πεδίων, για παράδειγμα σε μια ραδιοκεραία εκπομπής υψηλής τάσης VLF (Πολύ χαμηλής συχνότητας). Αυξάνοντας το ενδιαφέρον της κοινότητας της φυσικής, ειδικά για τη γνωστή ερευνητική περιοχή της τελευταίας δεκαετίας των συνθετικών μαγνητικών μονόπολων, ο συγγραφέας εδώ και οι συνεργάτες της δημοσίευσης δημοσίευσαν έρευνα οπτικοποίησης με τα ferrolens ενός για πρώτη φορά στην βιβλιογραφία μακροσκοπικού συνθετικού εξομοιωτή μαγνητικού μονοπολικού πεδίου Dirac επινοώντας και κατασκευάζοντας ένα πρωτότυπο συνθετικής μαγνητικής μονοπολικής συστοιχίας. Μετά από όλη αυτή την έρευνα τα τελευταία πέντε χρόνια και την εμπειρία και την ανάλυση που συγκεντρώθηκε, ο συγγραφέας αυτής της διατριβής συνειδητοποίησε και κατέληξε στο πολύ σημαντικό συμπέρασμα ότι ο νανομαγνητικός αισθητήρας κβαντικής οπτικής ferrolens εμφανίζει τη συλλογική μαγνητική συμπεριφορά και το πεδίο των ασύζευκτων ηλεκτρονίων μέσα στη σιδηρομαγνητική ύλη , μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως Κβαντικός φυσικός Εξομοιωτής (δηλαδή ένας φυσικός εξομοιωτής είναι μια φυσική συσκευή μη αλγοριθμικός προσομοιωτής φυσικών φαινομένων) για να περιγράψει την πολλαπλότητα ροής του μαγνητικού πεδίου του απλού Κβαντικού Μαγνήτη (δηλαδή το ηλεκτρόνιο σε ηρεμία χωρίς γραμμική μεταφερόμενη κίνηση ή αλλιώς όπως ονομάζεται, στάσιμο μαγνητόνιο). Χρησιμοποιήσαμε την απεικόνιση του φεροφακού ferrolens του συνιστάμενου κβαντικού μαγνητικού πεδίου των σιδηρομαγνήτων για να προεκθέσουμε, αναλύσουμε και σχεδιάσουμε ένα πρότυπο μοντέλο ινών πολλαπλής σχετικιστικής στροφορμής μαγνητικής ροής για ένα μεμονωμένο ελεύθερο ηλεκτρόνιο σε ηρεμία δίχως μεταφορική κίνηση. Αυτή είναι επίσης η κύρια θεωρητική στοιχειώδης σωματιδιακή φυσική έρευνα πέρα του Βασικού Μοντέλου (Beyond Standard Model) σωματιδιακής φυσικής που πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια της διατριβής αυτή και που βασίζεται σε πειραματικές παρατηρήσεις μελέτη που παρουσιάζονται μέσα σε αυτή τη διατριβή, μαθηματική ανάλυση και αλγοριθμική προσομοίωση. Τα πρότυπα σημαντικά συμπεράσματα της διατριβής εκθέτονται λεπτομερώς και με απρόβλεπτες επιπτώσεις στη φυσική στο μέλλον κατά την γνώμη του συγγραφέα της διατριβής.