Divorțul cunoștințelor Polului Nord și Sud
Actualizat: 28.01.19 - 00:44
Într-un material neobișnuit, legea naturii conform căreia polii magnetici apar doar în perechi nu pare să se aplice. Fizicienii din Berlin descoperă monopoluri în gheața rotativă. De la Christian Meier
De la Christian Meier
De zeci de ani, fizicienii caută ceva care, conform lecțiilor școlare, nici măcar nu există: un pol magnetic care se lipsește de omologul său; Deci un pol nord fără pol sud sau invers. Potrivit fizicienilor teoretici, astfel de singuratici, așa-numiții monopoli magnetici, ar fi putut apărea în timpul Big Bang-ului.
Dar căutarea monopolului nu a reușit până acum. Chiar și regretatul fizician Paul Dirac, care a prezis existența monopolurilor magnetice în anii 1930, se spune că a renunțat la credința în polii nordici și sudici la începutul anilor 1980.
Nu la fel și fizicianul Roderich Moessner de la Institutul Max Planck pentru fizica sistemelor complexe din Dresda. El și colegii săi Claudio Castelnovo de la Universitatea din Oxford și Shivaji Sondhi de la Universitatea Princeton din SUA au sugerat în revista Nature anul trecut că cristalele neobișnuite, cunoscute sub numele de gheață rotativă, vor fi căutate monopoluri magnetice. Cei trei fizicieni au susținut că are proprietăți magnetice atât de neobișnuite încât monopolurile magnetice s-au format în interiorul ei.
Acum, un grup de cercetare din Berlin a arătat că trio-ul a avut dreptate: cu ajutorul fasciculelor de neutroni, au demonstrat monopolurile din substanța titanat de disproziu, o gheață rotativă. Cercetătorii care lucrează cu David Morris de la Berlin Helmholtz Center (HZB) relatează acest lucru în revista Science.
Ca o pistă în zăpadă
Pentru a demonstra monopolul, au trimis neutroni din reactorul de cercetare din Berlin la HZB prin material. Deoarece neutronii sunt magnetici, ei sunt deviați de câmpurile magnetice din interiorul unui solid. Direcția de deviere depinde de structura acestor câmpuri - așa se poate măsura magnetismul unei probe. Moessner și colegii săi au prezis că polii nord și sud se vor forma foarte aproape unul de celălalt în gheața rotativă și apoi se vor îndepărta unul de celălalt. S-au deplasat liber și independent unul de celălalt prin cristal.
Calea pe care o parcurg rămâne recunoscută sub forma unui câmp magnetic, ca o pistă în zăpadă. Ambele grupuri de cercetare au demonstrat această linie de conexiune magnetică între monopoluri cu ajutorul neutronilor, ceea ce este dovada monopolurilor în sine.
Istoria monopolurilor magnetice datează de aproximativ 150 de ani. Între 1861 și 1864, cercetătorul britanic James Clerk Maxwell a formulat teoria electromagnetismului. El a arătat că electricitatea și magnetismul sunt fenomene dependente reciproc. Se completează reciproc, precum yin-ul și yang-ul filosofiei Orientului Îndepărtat. Dar armonia nu este perfectă.
Opusele din electricitate, sarcinile electrice negative și pozitive, stau pe diferite particule; unele pe electroni, cealaltă pe protoni. Particulele pot fi separate spațial unele de altele în măsura dorită și observate individual. Prin urmare, ele reprezintă monopoluri electrice.Nu există un echivalent pentru aceasta în lumea magnetismului. Din câte știm astăzi, nu există particule magnetice elementare care să aibă fie un pol nord, fie un pol sud.
Primii solitari magnetici
Descoperirea monopolurilor în gheața rotativă nu face nimic pentru a schimba acest lucru. Pentru că nu demonstrează că există și monopoluri în afara materialului. Moessner vede gheața care se învârte mai degrabă ca un fel de univers într-un bob de nisip în care există fenomene care lipsesc în restul lumii.
„Monopolurile sunt rezultatul interacțiunilor complexe dintre electroni și atomi din structura cristalină unică a gheții rotative”, spune Moessner. Acestea sunt comparabile cu valurile de apă, care apar din mișcările colective ale unui număr mare de molecule de apă.
Deși monopolurile nu pot exista independent de rotirile și atomii din gheața rotativă, ele se comportă ca mișcarea liberă, adică particule independente care poartă fie un pol nord sau sud polar. Prin urmare, acestea sunt așa-numitele cvasiparticule, dar nu particule elementare.
Cu toate acestea, monopolurile de gheață pot fi clasificate drept un succes al căutării monopolului. Sunt primii solitari magnetici detectați. Și în cele din urmă fizicienii au în mâinile lor monopoluri reale pe care le pot cerceta experimental. Procedând astfel, ei pot învăța și ceva despre ipoteticul monopol cosmic - de exemplu - ce se întâmplă atunci când se întâlnesc.