Czy istnieją monopole magnetyczne?

Czy istnieją monopole magnetyczne?

Wszyscy wiemy, że magnesy mają dwa bieguny, które umownie nazywamy północnym i południowym. Jeśli przetniemy magnes na połowy, to każda z nich również będzie posiadała dwa bieguny. Nieważna na ile części podzielimy magnes – każda z nich będzie miała zawsze dwa bieguny.
Od dawna fizycy przypuszczają jednak, że istnieją magnetyczne cząstki, które mają tylko jeden biegun. Cząstki te nazwane zostały monopolami magnetycznymi.
Siły elektryczne i magnetyczne są właściwie tym samym, a gdyby istniały monopole magnetyczne tak jak istnieją pojedyncze ładunki, wszystko byłoby idealnie symetryczne. Piękno symetrii często było i jest silnym argumentem przemawiającym za prawdziwością teorii fizycznych.
Już w XIX wieku James Clerk Maxwell pokazał, że magnetyzm i elektryczność są dwoma obliczami tego samego oddziaływania nazwanego później elektromagnetycznym. Jednak równania Maxwella opisujące pole elektryczne i magnetyczne nie są symetryczne.
Problemem monopoli magnetycznych zajął się twórca relatywistycznej mechaniki kwantowej Paul Dirac. Obliczył on, że elektron znajdujący się w pobliżu dowolnej cząstki, w tym monopolu magnetycznego, powinien krążyć wokół tej cząstki po orbicie, której obwód jest wielokrotnością długości fali materii związanej z elektronem (dokładnie tak jak ma to miejsce w atomie wodoru). Dirac obliczył także, że iloczyn elementarnego ładunku elektrycznego (takiego jaki ma np. elektron i proton) i wartości „ładunku” magnetycznego monopolu musi być liczbą całkowitą. Oznacza to, że monopol magnetyczny posiada najmniejszą możliwą wartość „magnetyzmu” podobnie jak elektron posiada najmniejszy ładunek elektryczny – ładunek elementarny. Oczywiście nie jest to do końca prawdą: wszyscy wiedzą, że np. kwarki posiadają ładunek wynoszący jedną trzecią ładunku elementarnego, ale występują one zawsze związane razem w takiej ilości, że sumaryczna wartość ładunku jest wielokrotnością ładunku elementarnego.
Od czasów Diraca powstało wiele przewidywań dotyczących istnienia monopoli magnetycznej. Na przykład zgodnie z Teorią Wielkiej Unifikacji, monopole są 10 biliardów razy cięższe niż protony. Aby wyprodukować takie cząsteczki potrzebna jest energia większa niż mogą dostarczyć akceleratory. Tak wielka energia była jednak dostępna w okresie wczesnego Wszechświata. Włoska badaczka Laura Patrizii poszukuje oznak oddziaływania monopoli, które ciągle mogą docierać do Ziemi, z cząsteczkami powietrza w trakcie eksperymentu MACRO w Gran Sasso we Włoszech.
lvd1
Detektory w Gran Sasso

Na szczęście dla Laury Patrizii  Teoria  Wielkie Unifikacji nie jest jedyną, która przewiduje istnienie monopoli. Istnieją bowiem takie, w których monopole mogą mieć dużo niższą masę niż ta, o której mowa była wcześniej a oryginalna teoria Diraca w ogóle nie narzucała na monopole jakiejś minimalnej masy. Być może możliwe jest zatem wyprodukowanie monopoli w Wielkim Zderzaczu Hadronów.

Odpowiedz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *