Rozvod znalostí o severnom a južnom póle
Aktualizované: 28.01.19 - 0:44
Zdá sa, že v neobvyklom materiáli neplatí zákon prírody, podľa ktorého sa magnetické póly vyskytujú iba v pároch. Berlínski fyzici objavujú monopoly v rotujúcom ľade. Od Christiana Meiera
Od Christiana Meiera
Fyzici desaťročia hľadali niečo, čo podľa školských hodín neexistuje: magnetický pól, ktorý sa zaobíde bez svojho náprotivku; Takže severný pól bez južného pólu alebo naopak. Podľa teoretických fyzikov sa takí samotári, takzvané magnetické monopoly, mohli objaviť počas Veľkého tresku.
Monopolné pátranie však bolo doteraz neúspešné. Dokonca aj zosnulý fyzik Paul Dirac, ktorý predpovedal existenciu magnetických monopolov v 30. rokoch, sa údajne začiatkom 80. rokov vzdal viery v jednotlivé severné a južné póly.
Inak tomu nie je ani fyzikovi Roderichovi Moessnerovi z Max Planckovho ústavu pre fyziku zložitých systémov v Drážďanoch. Spolu s kolegami Claudiom Castelnovom z Oxfordskej univerzity a Shivaji Sondhi z Princetonskej univerzity v USA minulý rok v časopise Nature navrhli, aby sme hľadali magnetické monopoly v neobvyklých kryštáloch, ktoré sa nazývajú rotujúci ľad. Traja fyzici tvrdili, že má také neobvyklé magnetické vlastnosti, že sa v ich vnútri vytvárajú magnetické monopoly.
Teraz výskumná skupina v Berlíne ukázala, že trio malo pravdu: pomocou neutrónových lúčov predviedli monopoly v látke dysprosium titanate, rotačnom ľade. Informujú o tom vedci spolupracujúci s Davidom Morrisom z berlínskeho Helmholtzovho centra (HZB) v časopise Science.
Ako stopa v snehu
Aby dokázali monopol, prostredníctvom materiálu poslali neutróny z berlínskeho výskumného reaktora pri HZB. Pretože sú neutróny magnetické, sú vychýlené magnetickými poľami vo vnútri pevnej látky. Smer vychýlenia závisí od štruktúry týchto polí - takto je možné merať magnetizmus vzorky. Moessner a jeho kolegovia predpovedali, že severný a južný pól sa vytvoria v bezprostrednej blízkosti seba v rotujúcom ľade a potom sa od seba vzdialia. Po kryštáli sa pohybovali voľne a nezávisle na sebe.
Cesta, po ktorej idú, zostáva rozpoznateľná vo forme magnetického poľa, ako napríklad stopa v snehu. Túto magnetickú spojnicu medzi monopolmi demonštrovali obe výskumné skupiny pomocou neutrónov, čo je dôkazom samotných monopolov.
História magnetických monopolov siaha približne 150 rokov dozadu. V rokoch 1861 až 1864 formuloval teóriu elektromagnetizmu britský výskumník James Clerk Maxwell. Ukázal, že elektrina a magnetizmus sú vzájomne závislé javy. Dopĺňajú sa ako jin a jang filozofie Ďalekého východu. Ale harmónia nie je dokonalá.
Protiklady elektriny, negatívne a kladné elektrické náboje, spočívajú na rôznych časticiach; niektoré na elektrónoch, druhé na protónoch. Častice môžu byť navzájom priestorovo oddelené, pokiaľ je to požadované a môžu byť pozorované jednotlivo. Predstavujú teda elektrické monopoly. Vo svete magnetizmu to nemá obdobu. Pokiaľ dnes vieme, neexistujú žiadne magnetické elementárne častice, ktoré by mali buď severný alebo južný pól.
Prvé magnetické samotáre
Objav monopolov v rotujúcom ľade na tom nič nemení. Pretože to nedokazuje, že existujú aj monopoly mimo materiálu. Moessner skôr považuje rotujúci ľad za akýsi vesmír v zrnku piesku, v ktorom existujú javy, ktoré vo zvyšku sveta absentujú.
„Monopoly sú výsledkom komplexných interakcií medzi elektrónmi a atómami v jedinečnej kryštálovej štruktúre rotujúceho ľadu,“ hovorí Moessner. Sú porovnateľné s vodnými vlnami, ktoré vznikajú pri kolektívnych pohyboch veľkého množstva molekúl vody.
Aj keď monopoly nemôžu existovať nezávisle od rotácií a atómov v rotujúcom ľade, správajú sa ako voľne sa pohybujúce, tj. Nezávislé častice, ktoré nesú buď magnetický severný alebo južný pól. Sú to teda takzvané kvázičastice, ale nie elementárne častice.
Monopoly s rotujúcim ľadom možno napriek tomu hodnotiť ako úspech hľadania monopolov. Sú to prvé magnetické samotáre, ktoré boli detekované. A konečne majú fyzici v rukách skutočné monopoly, ktoré môžu experimentálne skúmať. Môžu sa tým dozvedieť niečo o hypotetickom vesmírnom monopole - napríklad - čo sa stane, keď sa stretnú.