Magnetul unipolar iese în amestec înghețat

Cei mai mulți fizicieni sunt de acord, undeva, pândind în univers, sunt magneți minusculi cu un singur pol – un nord sau un sud, dar nu ambii. Oamenii de știință nu au observat încă niciunul, dar un nou experiment oferă o privire fără precedent asupra cum ar trebui să arate aceste particule magnetice evazive.

„Oferă o fereastră către fizica particulei fără a avea particula însăși în fața ta”, spune David Hall, fizicianul de la Colegiul Amherst din Massachusetts, care a condus cercetarea.

Magneții par să vină într-o singură varietate, cu doi poli ca ai unui magnet de bară. Dar în 1931, fizicianul Paul Dirac, laureat al premiului Nobel, a demonstrat matematic că magneții unipolar, cunoscuți ca monopoli, ar putea exista. Raționamentul său matematic a fost atât de puternic încât majoritatea fizicienilor de astăzi nu au nicio îndoială cu privire la existența monopolurilor, în ciuda deceniilor de căutări inutile pentru aceștia la CERN și alte instituții de top.

Hall se gândise rareori la monopoluri până în 2009, când a citit o lucrare care propunea o modalitate de a simula unul în laborator. Rețeta prevedea un condensat Bose-Einstein, o stare exotică a materiei produsă prin răcirea unui gaz la miliarde de grad peste zero absolut. La acea temperatură extremă, sute de mii de atomi se pot comporta colectiv ca o particulă, permițând oamenilor de știință să simuleze procesele cuantice la scară mai mare.

Urmând rețeta unui monopol artificial, Hall și echipa sa au trebuit să manipuleze atomii de rubidiu ai unui condensat, fiecare dintre care acționează ca un ac de busolă. Cercetătorii au expus atomii la un câmp magnetic atent creat, care a făcut ca acele busolei să se orienteze către un singur punct din spațiu – ca și cum cineva ar fi plasat acolo un magnet izolat de la polul nord. Cercetătorii își detaliază descoperirile în 30 ianuarie Natură. „Este o lucrare foarte drăguță”, spune Wolfgang Ketterle, un fizician MIT care a împărtășit Premiul Nobel în 2001 pentru demonstrarea condensatelor Bose-Einstein.

Hall subliniază că creația sa este o simulare a unui monopol: nu există nicio particulă fizică acolo unde monopolul pare să fie. Dar el spune că experimentul le oferă fizicienilor șansa de a explora o așa-numită cvasiparticulă care, cel puțin din punct de vedere matematic, se comportă exact așa cum a prezis Dirac un monopol real cu 83 de ani în urmă. „Ne-am dat seama de concepția lui Dirac despre ceea ce ar trebui să fie un monopol magnetic, iar concepția lui este standardul de aur”, spune Hall.

Hall se așteaptă ca alți fizicieni să replice experimentul său și să simuleze modul în care monopolul artificial interacționează cu alte particule. Astfel de experimente ar putea oferi indicii cu privire la modul în care un monopol magnetic real s-ar putea dezvălui în natură.