Durante décadas, los científicos han estado intrigados por la hipotética existencia de monopolos magnéticos, partículas que poseen un solo norte o sur magnético, por lo cual poseen una carga magnética distinta de cero. Sin embargo, si bien las teorías actuales predicen su existencia, no se han observado aún experimentalmente, a pesar de los numerosos intentos. Recientemente, los físicos han presentado un nuevo método para crear análogos de los monopolos magnéticos, y predicen que se pueden observar usando la tecnología actual
Configuraciones posibles para la textura del espín de un condensado de Bose-Einstein. Estos defectos dan lugar a la aparición de un campo de vorticidad que es equivalente al campo magnético de un monopolo magnético. Crédito: Pietilä y MöttönenVille Pietilä y Mikko Möttönen, ambos de la Universidad Tecnológica de Helsinki en Finlandia y la Universidad de Nueva Gales del Sur en Australia, han publicado su demostración teórica en un número reciente de la revista Physical Review Letters. En la nota explican cómo, si se aplica un campo magnético externo a un condensado de Bose-Einstein (BEC) —un gran grupo de átomos fríos que presentan propiedades de coherencia cuántica— pueden crear un defecto topológico puntual en la textura del espín del BEC. Estos defectos dan lugar a un campo de vorticidad que es esencialmente equivalente al campo magnético de un monopolo magnético.
“Dado que han resultado inútiles todos los intentos experimentales por encontrar monopolos magnéticos, no hay pruebas experimentales que apoyen su existencia”, dijo Pietilä a PhysOrg.com. “Se han creado otros tipos de monopolos sin la cuerda de Dirac en experimentos hechos desde la década del 90 en cristales líquidos. Se informó de un análogo de monopolo magnético de espacio real que se produjo en el espacio de momento cristalino de un imán ferromagnético, pero las evidencias experimentales de este caso fueron bastante indirectas. Se predice que los monopolos de Dirac, en su configuración más general, se presentarían en distintos sistemas, tales como el Helio-3 superfluido y el condensado Bose-Einstein con espín-1 diluido, pero hasta ahora no hay observaciones (directas), aunque se pueden haber presentado en algunos experimentos con Helio-3. También hay una reciente propuesta de cómo inducir un monopolo magnético en una banda aislante.
“Dado que nunca se han observado monopolos magnéticos, es pertinente preguntarse si hay algo no físico en el concepto global”, continúa. “Nuestro trabajo demuestra que al menos el monopolo de Dirac se puede crear de forma experimental, indicando así que es más que una curiosidad teórica. No obstante, debe hacerse hincapié en que nuestro trabajo no dice nada sobre la existencia de monopolos magnéticos en el campo electromagnético”.
Pietilä y Möttönen predicen que debería ser posible diseñar un experimento para detectar el monopolo en esta situación, si es que existe. Como explican, el campo magnético del monopolo es proporcionado por una cuerda de Dirac, que es una línea que se extiende desde el monopolo al infinito. La cuerda de Dirac explica por qué la carga del monopolo se presenta en cuantos discretos. Dado que la cuerda de Dirac contiene dos cuantos de momento angular, se espera que sea propensa a dividirse en dos cuerdas, cada una conteniendo un único cuanto.
“El monopolo de Dirac es, conceptualmente, el modelo más simple de una carga magnética puntual (es decir, un monopolo magnético) y esto hace que el monopolo de Dirac sea importante”, dijo Pietilä. “Los monopolos en general pueden ser cualquier defecto puntual en un campo vectorial de tres componentes definido en las tres dimensiones espaciales, pero no necesariamente están asociados con un filamento único (la cuerda de Dirac)”.
A través del modelado, Pietilä y Möttönen demostraron teóricamente que la cuerda de Dirac se puede dividir en dos partes, modificando el campo magnético externo, que rompe la simetría de rotación del sistema. En este caso, se podrían usar los métodos experimentales más nuevos para medir los cambios en la densidad de partículas y densidad de espín, y así detectar indicaciones de monopolos.
Además, en el BEC de espín-1, la textura de espín es topológicamente inestable, lo que permite que se la elimine. Por medio de simulaciones, los científicos demostraron que se podía eliminar el monopolo desactivando los campos magnéticos externos. El monopolo se “desenrolla” a sí mismo a lo largo de la cuerda de Dirac y deja detrás un anillo de vórtice cerrado. La velocidad de desenrollado depende de cuán rápido o cuán gradualmente se apague el campo magnético.
La existencia de monopolos magnéticos tiene importantes implicaciones en muchas áreas de investigación, incluyendo las leyes de la mecánica cuántica, teorías de partículas elementales, y cosmología. Confirmar experimentalmente la existencia de mnopolos proporcionaría evidencias buscadas desde hace mucho tiempo para algunas ideas, y posiblemente abriría las puertas a otras nuevas.
“La existencia de monopolos magnéticos implica que la carga eléctrica tiene que estar cuantizada (es decir, sólo puede aparecer como un múltiplo entero de la carga elemental)”, dijo Pietilä. “La existencia de monopolos magnéticos tiene también ciertas implicaciones cosmológicas. Debido a que los monopolos en general están relacionados con la ruptura espontánea de la simetría, tienen impacto en las teorías unificadas que describen las interacciones entre las partículas elementales. En el contexto de física de la materia condensada, los monopolos típicamente surgen como una manifestación de algún comportamiento exótico colectivo de la materia, y esto puede usarse para explicar las inusuales características de tales sistemas”.
Fuente: Physorg. Aportado por Eduardo J. Carletti
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