Magnetyczny monopol w kwantowej chmurze

Ładunki elektryczne mogą istnieć osobno (protony i neutrony są oddzielnymi cząstkami) natomiast magnesy mają to do siebie, że mają dwa bieguny - dodatni i ujemny. Sam Paul Dirac - jeden z twórców mechaniki kwantowej - trapiony tym brakiem symetrii już w 1931 roku zaproponował istnienie magnetycznego monopolu - cząstki będącej magnesem z pojedynczym biegunem, który właśnie udało się zasymulować w laboratorium.

Z pomocą magnetycznego monopolu Dirac wyjaśnić chciał problem skwantowania ładunku elektrycznego, a przez lata inni naukowcy próbowali rozwinąć jego pomysł, który obecny jest we wszystkich tzw. teoriach wielkiej unifikacji czy teorii superstrun, jednak do tej pory nie udało się hipotetycznej cząstki znaleźć w naturze ani stworzyć i zbadać.

Teraz grupie badaczy udało się zasymulować magnetyczny monopol w schłodzonych do miliardowych części powyżej zera bezwzględnego atomach rubidu, które stały się w ten sposób kondensatem Bosego-Einsteina - a więc zbiorem cząstek, które utraciły swoją indywidualność i zaczęły się zachowywać jakby były jedną cząstką.

W kondensacie tym, który symulował magnes stały, równania dotyczące prędkości i wirowości płynów odpowiadały idealnie tym dotyczącym potencjału i pola magnetycznego magnesu, a poprzez stworzenie w nim wiru udało się wytworzyć na jego końcu zasymulowany, sztuczny monopol magnetyczny - pojedynczy biegun północny.

Symulacje takie działają na tej podstawie, że naukowcy tworzą prostszy (kto by pomyślał, że kondensat Bosego-Einsteina kiedyś będziemy określać tym mianem) układ, który obowiązują takie same prawa i opisują takie same matematyczne równania jak układ bardziej skomplikowany, którego nie potrafimy stworzyć, lub który jest niemożliwy do bezpośredniego zbadania - nazywa się to symulacją kwantową.

I sztuczny monopol magnetyczny zgodny jest z wszelkimi przewidywaniami teoretycznymi - można w nim dostrzec nawet strunę Diraca (nie jest to fizyczny obiekt lecz efekt, który wpływa na wszystkie kwantowe cząstki poruszające się w jego okolicy powodując interferencje).

Nie jest to pierwszy przypadek stworzenia monopolu w laboratorium - wcześniej udało się go stworzyć w tzw. lodzie spinowym jednak nie dało się tajemniczego pojedynczego bieguna tam dokładnie zbadać i tym samym potwierdzić odkrycia.

Co zatem dał nam nowy eksperyment? Dostaliśmy twardy dowód na to, że magnetyczne monopole mogą istnieć, a zatem - jako, że natura nie znosi próżni - gdzieś we wszechświecie prawdopodobnie uda się je znaleźć i potwierdzić teorie, według których w Wielkim Wybuchu to właśnie magnetyczne monopole doprowadziły do zrodzenia wszystkie cząstki elementarne.

Źródło: