Usuari:Mcapdevila/Monopol magnètic

Un monopol magnètic és una partícula fins fa poc considerada com "hipotètica" que consisteix en un imant amb un sol pol magnètic. La idea la va plantejar Paul Dirac el 1931 i amb ella es podria explicar la quantització de la càrrega elèctrica. Amb els monopols magnètics, a més a més, es poden escriure les equacions de Maxwell de forma completament simètrica davant un intercanvi de les càrregues magnètiques i elèctriques.

Un camp magnètic té sempre associats dos pols magnètics (nord i sud), igual que un imant. Si es talla un imant en dues parts, cadascuna tindrà al seu torn dos pols magnètics. Si se segueix el procés fins a tenir únicament un electró girant en una òrbita, el camp magnètic que genera té, també, dos pols. Per tant, clàssicament, els monopols no existirien.

Definició

Un monopol magnètic és una partícula que té únicament un pol magnètic (nord o sud). Teòricament, res no impediria l'existència d'un monopol magnètic, fins i tot, la seva existència es fa necessària en algunes teories de la creació de l'Univers, com és el cas del Big Bang.

Equacions de Maxwell

Segons la teoria electromagnètica de Maxwell, els monopols magnètics no existeixen. Aplicant la llei de Gauss als camps magnètics s'obté:

$\oint {\vec {B}}({\vec {r}})\cdot d{\vec {S}}=0$

$\nabla \cdot {\vec {B}}=0$

Aquesta equació indica que les línies dels camps magnètics han de ser tancades. Això expressa que sobre una superfície tancada, sigui quina sigui aquesta, no serem capaços de tancar una font o embornal de camp. Pel que una suposada partícula que emet un camp magnètic B dins d'una superfície tancada, té un flux magnètic a través d'aquesta superfície igual a zero, ja que entren en aquesta superfície tantes línies de camp magnètic com surten per la presència de dipols magnètics.

Així doncs, això expressaria la no existència del monopol magnètic. Si en algun moment es demostrés que aquesta integral té un valor diferent de zero, es demostraria l'existència de monopols magnètics, i la Llei de Gauss per al camp magnètic s'hauria de modificar per adoptar la forma:

$\nabla \cdot {\vec {B}}=\rho _{m}$

on $\rho _{m}$ correspondria a la densitat de monopols magnètics. Aquesta densitat de càrrega porta aparellada una densitat de corrent ${\vec {J}}_{m}$, la qual obliga a modificar la llei de Faraday, que passaria a escriure com

$\nabla \times {\vec {I}}=-{\frac {\partial {\vec {B}}}{\partial t}}-{\vec {J}}_{m}$

Així mateix, caldria ampliar l'expressió de la Llei de Força de Lorentz, per incloure-hi la força sobre càrregues magnètiques

${\vec {F}}=q({\vec {I}}+{\vec {v}}\times {\vec {B}})+q_{m}({\vec {H}}-{\vec {v}}\times {\vec {D}})$

amb ${\vec {H}}={\vec {B}}/\mu _{0}$ i ${\vec {D}}=\varepsilon _{0}{\vec {I}}$ el camp magnètic i el desplaçament elèctric en el buit.

Troballes sobre el tema

El 1974 els físics Gerardus 't Hooft i Aleksandr Poliakov van mostrar independentment que de la Teoria del Camp Unificat podia deduir-se que els monopols magnètics havien d'existir, i que tenen una massa molt gran (diversos trilions de vegades major que la massa d'un electró) encara que serien més petits que un protó.

De les teories del Big Bang es dedueix que en els primers moments de l'Univers (en els primers 10 ^-34 segons) van haver de formar-se monopols magnètics en grans quantitats, els quals es van aniquilar poc després i només en va sobreviure un cert nombre.

Un experiment realitzat a la Universitat de Stanford per Blas Cabrera, un fill de Nicolás Cabrera i nét de Blas Cabrera, basat en una bobina superconductora mantinguda prop del zero absolut aparentment va aconseguir detectar la passada fortuïta d'un monopol magnètic el diel 14 de febrer de 1982 a la 1:53. No obstant això, no s'ha pogut repetir el mesurament. Això pot ser degut a la baixíssima probabilitat de trobar un per pur atzar.

Magnetricitat: "Monopols" en sistemes de matèria-condensada

La investigació, duta a terme al Centre de Nanotecnologia de Londres, és la primera que fa ús dels monopols magnètics que només existeixen en un material cristal·lí anomenat gel d'espín. Segons els científics, van aconseguir demostrar que els monopols s'ajunten per formar un "corrent magnètic" similar a l'electricitat. L'equip, dirigit per Stephen Bramwell, va implantar aquests muons en gel d'espín per demostrar la forma com els monopols magnètics es mouen. Van demostrar que quan el gel d'espín és col·locat en un camp magnètic, els monopols s'acumulen en un costat, just com s'acumularien els electrons quan se'ls col·loca en un camp elèctric.

• 3 de setembre de 2009:"Investigadors del Centre Helmholtz de Berlín, en cooperació amb col·laboradors de Dresden, St Andrews, La Plata i Oxford diuen haver observat per primera vegada un monopol magnétic.
• 17 d'octubre de 2010:D'una forma semblant als monopols elementals, que van ser predits per primera vegada pel físic britànic Paul Dirac el 1931, cada monopol està connectat mitjançant una "cadena" amb un monopol de càrrega oposada. Els dos monopols però no es poden moure independentment l'un de l'altre. Aquests resultats no només són d'interès científic, sinó que també podrien servir de base per al desenvolupament de futurs dispositius electrònics. (Revista Nature Physics).

Vegeu també

• Equacions de Maxwell
• Dipol magnètic
• Camp magnètic
• Camp elèctric
• Camp electromagnètic