Разводът на знанията на Северния и Южния полюс

Актуализирано: 28.01.19 - 00:44

разводът

В необичаен материал изглежда не се прилага законът на природата, че магнитните полюси се появяват само по двойки. Берлинските физици откриват монополи в въртящия се лед. От Кристиан Майер

От Кристиан Майер

От десетилетия физиците търсят нещо, което според училищните уроци не съществува: магнитен полюс, който се справя без своя аналог; Така че северен полюс без южен полюс или обратно. Според теоретичните физици такива самотници, така наречените магнитни монополи, са могли да се появят по време на Големия взрив.

Но досега монополното търсене е било неуспешно. Дори починалият сега физик Пол Дирак, който предсказал съществуването на магнитни монополи през 30-те години, се казва, че се е отказал от вярата в отделните северни и южни полюси в началото на 80-те години.

Не е така физикът Родерих Моснер от Института за физика на сложните системи на Макс Планк в Дрезден. Той и колегите му Клаудио Кастелново от университета в Оксфорд и Шиваджи Сондхи от университета в Принстън в САЩ предложиха миналата година в списание Nature необичайни кристали, известни като въртящ се лед, да се търсят магнитни монополи. Тримата физици твърдяха, че тя има толкова необичайни магнитни свойства, че вътре в нея се образуват магнитни монополи.

Сега изследователска група в Берлин показа, че триото е било право: с помощта на неутронни лъчи те демонстрираха монополите в веществото диспрозиев титанат, въртящ се лед. Изследователи, работещи с Дейвид Морис от Берлинския център Хелмхолц (HZB), докладват за това в списание Science.

Като писта в снега

За да докажат монопола, те изпратиха неутрони от изследователския реактор в Берлин в HZB чрез материала. Тъй като неутроните са магнитни, те се отклоняват от магнитните полета в твърдото тяло. Посоката на отклонение зависи от структурата на тези полета - по този начин може да се измери магнетичността на пробата. Моснер и колегите му бяха предсказали, че северният и южният полюс на въртящия се лед ще се образуват в непосредствена близост един до друг и след това ще се отдалечат един от друг. Те се движеха свободно и независимо един от друг през кристала.

Пътят, по който преминават, остава разпознаваем под формата на магнитно поле, като следа в снега. И двете изследователски групи демонстрираха тази магнитна връзка между монополите с помощта на неутрони, което е доказателство за самите монополи.

Историята на магнитните монополи датира от около 150 години. Между 1861 и 1864 г. британският изследовател Джеймс Клерк Максуел формулира теорията за електромагнетизма. Той показа, че електричеството и магнетизмът са взаимно зависими явления. Те се допълват като ин и ян от далекоизточната философия. Но хармонията не е съвършена.

Противоположностите в електричеството, отрицателните и положителните електрически заряди, седят върху различни частици; някои върху електрони, други върху протони. Частиците могат да бъдат пространствено разделени една от друга, доколкото е желано и наблюдавани индивидуално. Следователно те представляват електрически монополи.Няма еквивалент за това в света на магнетизма. Доколкото знаем днес, няма магнитни елементарни частици, които да имат или северен, или южен полюс.

Първите магнитни самотници

Откриването на монополите в въртящия се лед не променя това. Защото не доказва, че има и монополи извън материала. Моснер гледа на въртящия се лед по-скоро като на вселена в песъчинка, в която има явления, които липсват в останалата част на света.

"Монополите са резултат от сложните взаимодействия между електроните и атомите в уникалната кристална структура на въртящия се лед", казва Моснер. Те са сравними с водните вълни, които възникват от колективните движения на голям брой водни молекули.

Въпреки че монополите не могат да съществуват независимо от спиновете и атомите в спиновия лед, те се държат като свободно движещи се, т.е.независими частици, които носят магнитен северен или южен полюс. Следователно те са така наречените квазичастици, но не и елементарни частици.

Монополите със спин-лед могат да бъдат оценени като успех в търсенето на монопол. Те са първите открити магнитни самотници. И накрая физиците имат истински монополи в ръцете си, които могат да изследват експериментално. По този начин те могат също така да научат нещо за хипотетичния космически монопол - например - какво се случва, когато се срещнат.