Los físicos proponen un método para observar monopolos de Dirac

Posibles configuraciones para la textura de espín de un condensado Bose-Einstein. Estos defectos dan lugar al surgimiento de un campo de vorticidad que es equivalente al campo magnético de un monopolo magnético. Crédito: Pietilä y Möttönen.

Durante décadas, los científicos han estado intrigados por la hipotética existencia de los monopolos magnéticos – partículas con sólo un polo magnético, norte o sur. Pero aunque las teorías modernas predicen su existencia, los monopolos aún no se han observado experimentalmente, a pesar de numerosos intentos. Recientemente, los físicos han introducido un nuevo método para crear analogías de monopolos magnéticos, y predecir que podrían observarse con la tecnología actual.

Ville Pietilä y Mikko Möttönen, 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 reciente ejemplar de la revista Physical Review Letters. Aquí explican cómo aplicando un campo magnético externo a un condensado Bose-Einstein (BEC) – un gran grupo de átomos fríos que exhiben propiedades de coherencia cuántica – pueden crear un defecto topológico puntual en la textura de espín del BEC. Estos defectos dar lugar a un campo de vorticidad que es esencialmente equivalente al campo magnético de un monopolo magnético.

“Dado que todos los intentos experimentales por encontrar monopolos magnéticos han demostrado ser inútiles, no hay pruebas experimentales que apoyen la existencia de los monopolos magnéticos”, dijo Pietilä a PhysOrg.com. “Se han creado otros tipos de monopolos sin la cadena de Dirac en experimentos desde la década de 1990 en cristales líquidos. Se informó de una analogía del monopolo magnético del espacio real que tenía lugar en el espacio de momento cristalino de un ferroimán metálico, pero las pruebas experimentales en este casi han sido bastante indirectas. Los monopolos de Dirac en su configuración más general se predice que ocurran en distintos sistemas tales como el Helio-3 superfluido y el condensado Bose-Einstein espín-1 diluido pero hasta el momento no ha observaciones (directas) aunque pueden estar ya presentes en algunos experimentos con Helio-3. También hay una reciente sugerencia sobre cómo inducir un monopolo magnético en un aislante de banda.

“Dado que los monopolos magnéticos nunca se han observado, es pertinente preguntarse si hay algo no físico en el concepto global”, continúa. “Nuestro trabajo demuestra que al menos el monopolo de Dirac puede realizarse de forma experimental, indicando de esta forma 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 se proporciona mediante 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 aparece en cuantos discretos. Dado que la cuerda de Dirac porta dos cuantos de momento angular, se espera que sea propensa a dividirse en dos cuerdas separadas, cada una portando un único cuanto.

“El monopolo de Dirac es conceptualmente el modelo más simple para 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 están necesariamente asociados con un filamento singular (la cuerda de Dirac)”.

A través del modelado, Pietilä y Möttönen demostraron teóricamente que la cuerda de Dirac puede dividirse en dos partes modificando el campo magnético externo, el cual rompe la simetría de rotación del sistema. En este caso, los métodos experimentales más avanzados que miden los cambios en la densidad de partículas y densidad de espín podrían usarse para detectar señales de monopolos.

Además, en el BEC de espín-1, la textura de espín es topológicamente inestable, permitiendo que se elimine. A través de simulaciones, los científicos demostraron que podía eliminarse el monopolo desactivando los campos magnéticos externos. El monopolo se “desenrolla” a sí mismo a lo largo de la cuerda de Dirac y deja tras de sí un anillo de vórtice cerrado. La velocidad de este desenrollamiento depende de cómo de rápido o gradualmente se apaga el campo magnético.

La existencia de monopolos magnéticos tiene grandes implicaciones para muchas áreas de investigación, incluyendo las leyes de la mecánica cuántica, teorías de partículas elementales, y cosmología. Confirmar experimentalmente la existencia de mnopolos proporcionaría pruebas 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. Dado que los monopolos en general están relacionados con la ruptura espontánea de simetría, impactan en las teorías unificadas que describen las interacciones entre las partículas elementales. En el contexto de física de materia condensada, los monopolos surgen como una manifestación de algún comportamiento exótico colectivo de la materia que puede usarse para explicar las inusuales características de tales sistemas”.


Más información: Ville Pietilä and Mikko Möttönen. “Creation of Dirac Monopoles in Spinor Bose-Einstein Condensates.” Physical Review Letters 103, 030401 (2009). http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.103.030401

Autor: Lisa Zyga
Fecha Original: 28 de julio de 2009
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Comments (9)

  1. Kosta

    La corriente que circula internamente desde un polo a otro de un imán, se suma añadiendo otro imán, o varios, o se divide partiéndolo en dos o más imanes.
    Pero nunca, PORQUE ES IMPOSIBLE, podrá hallarse un monopolo, ya que sería como echarse un grifo al bolsillo y sacarlo, darle a la llave y querer que salga agua. O partir una hidrobomba en dos y llevarse la entrada de agua por un lado y la salida de agua por otro sin cortarse el circuito. PORQUE LOS DOS POLOS DE UN IMÁN FORMAN UN CIRCUITO INTERNO DE ENTRADA / SALIDA.
    Hay que ser retrasado mental para buscar mitades IMPOSIBLES de circuitos, y para no entender esto.

    • Turok

      ¿Entonces, por qué hay cargas electricas positivas y cargas electricas negativas?, si se sigue tu razonamiento las cargas eléctricas tendrian que ser “positivonegativas”?.Se ha dicho que en el Big-Bang se pudieron producir esos “monopolos”. pero como nadie los ha encontrado, se señala como un posible fallo del Big-Bang el asunto de la inexistencia de monopolos.

      • Kosta

        Positivo-negativas. Por ahí está la clave de la física que la ciencia no ha podido ver.
        Perdona que no haya visto tu respuesta antes, pero estuve un día mirando y como no había respuestas dejé de mirar.
        Me voy mañana Lunes a las nueve de vacaciones. Si llegas a tiempo y me dejas una dirección de correo y te envío descifrada La Clave de la Física, que vas a entender tan bien o mejor que has entendido lo de los monopolos.
        Y en ella verás también la causa de la repulsión universal, de la unión y de la esferización de la materia, y la respuesta a la imposibilildad existencial de los monopolos, etc.
        Esta clave aparecerá en un libro de una trilogía que saldrá a la luz, si quieren publicármela.
        Si eres Kanijo, lo cual así creo, y no me importa que lo seas, dímelo y sabrás de mi algo más que la clave de la física.

        • Turok

          No veo porqué Kanijo debería ocultar su identidad.No, no soy Kanijo, soy Turok, otra cosa sería quién es Turok…aquí vale decir que yo soy Turok, y si me has leído algun comentario, deberías conocer un poco mi estilo.El de Kanijo es diferente, suele ser más reposado.A mí me cuesta frenarme y puedo ser un tanto agresivo, cuando alguien me toca las narices.Puedes estar seguro de que no voy a comprar tu trilogía, aunque te la publiquen.Me huelo por dónde pueden ir los tiros.Y para chifladuras, ya leí la Biblia hace tiempo.Me inmunizó.La dirección de correo, no se la doy ni a mi tía Felisa..hay que risa.Ah! y que tengas buenas vaciones.

    • Paes

      Kosta, puede algún día se demuestre que tengas razón, pero también puede que algún día se encuentren los monopolos de Dirac.

      Eso sí, llamar retrasados mentales a los que intentan buscarlos, te desacredita totalmente. Si quieres que la gente considere tus teorías y les den el beneficio de la duda, predica con el ejemplo y respeta las otras.

  2. Los físicos proponen un método para observar monopolos de Dirac…

    [c&p] Durante décadas, los científicos han estado intrigados por la hipotética existencia de los monopolos magnéticos – partículas con sólo un polo magnético, norte o sur. Pero aunque las teorías modernas predicen su existencia, los monopolos aún n…

  3. Kosta

    Gracias simpático ya veo que no se puede ser ni siquiera complaciente con nadie.
    Que yo sepa te he hablado con cortesía y ofreciéndote gratis un poco de algo que ten por seguro que comprarás.
    Tu no puedes saber por donde van los tiros porque veo que no sabes nada de nada, y eres uno de esos cancerberos de la ciencia que muerden a quien ose entrar en su coto.
    Aprende modales, al menos para quiénes los usan contigo.

  4. Kosta

    Olvidé decirte, ya que me has deseado felices vacaciones tan amablemente, que a los Can-Cerberos que hablan, con tanto desagrado y mala educación, como si las páginas fuesen suyas, que yo también te deseo una feliz búsqueda de monopolos.
    Adios Kan-Hijo.

  5. smithi

    la humildad ante todo

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