Există oare monopoli magnetici? Adică particule cu „sarcina magnetică” – un fel de doar polul sud sau doar polul nord al unui magnet. Într-un articol publicat recent se vânează monopoli, atât în razele cosmice cât și la acceleratoarele de particule. Să vedem cu ce rezultate.

Sarcina electrică

Cu toții știm că există sarcini electrice negative și sarcini electrice pozitive; evident există și sarcina electrică... neutră. Atomii de exemplu sunt alcătuiți din protoni care au sarcina electrică pozitivă și împreună cu neutronii, neutri din punct de vedere electric, formează nucleele, și electroni cu sarcina electrică negativă care orbitează în jurul nucleelor. Sarcinile electrice de același semn se resping în timp ce cele de semn opus se atrag. Ce se întâmplă însă cu... sarcina magnetică?

Monopolii magnetici

Există oare o sarcină magnetică, asemănătoare cu cea electrică? Știm că magneții au un pol nord și un pol sud; dacă rupem un magnet obținem magneți mai mici care însă la rândul lor au un pol nord și unul sud; nu este posibil să separăm polul nord de polul sud. Existența unei ipotetice particule cu sarcină magnetică ar reprezenta un monopol magnetic (adică un magnet cu un singur pol, și nu cu cei doi pe care îi cunoaștem: așa-numiții nord și sud).

A fost lansată ipoteza conform căreia ar putea exista astfel de particule, chiar Dirac, unul dintre cei mai importanți fizicieni ai secolului trecut, a formulat teorii în cadrul cărora ar putea există monopoli. La ora actuală însă nimeni nu a văzut un monopol magnetic!

Căutarea monopolilor

În acest context într-un articol recent publicat în revista Physics Reviews Letters se analizează datele existente – atât cele obținute în urma studiului razelor cosmice, cât și la acceleratoare de particule. Ipoteza este cum că, în urma interacțiunii razelor cosmice, adică particule care provin din Univers, în mare parte protoni, ar putea lua naștere monopoli magnetici. Aceștia s-ar forma în urma interacțiunii acestor raze cosmice cu moleculele din atmosfera terestră. Reamintim că există raze cosmice cu energii mult mai mari decât putem noi genera la ora actuală la acceleratoare, inclusiv la marele accelerator LHC de la CERN.

Au găsit monopoli?

Vânătoarea de monopoli a pornit de la calcule și simulări pe calculator, care arătau cam cum ar putea arăta procesele care generează monopoli în urma interacțiunii razelor cosmice în atmosferă. Mai departe s-a studiat tipul de semnale pe care ar trebui să le măsurăm dacă într-adevăr monopolii există. S-ar forma practic un flux constant de monopoli care ar „ploua” pe pământ și ar fi măsurat de experimentele noastre. Fluxul acestor monopoli depinde de eventuala masă a acestora și de modelele folosite. Cum nu a fost măsurat un semnal clar al monopolilor s-au putut pune doar limite asupra proprietăților pe care acești monopoli ar putea să le aibă.

Ce rezultate au fost obținute?

Chiar dacă monopolii nu au fost descoperiți, limitele asupra proprietăților acestor monopoli sunt extrem de interesante. Astfel, au fost studiați monopoli cu masă posibilă mult mai mare decât energia particulelor de la marele accelerator de particule de la CERN – de circa 10 ori mai mare, adică 100 TeV (TeV reprezintă 10 la puterea 12 electronVolt – unitate de energie folosită în fizica particulelor; în această unitate masa unui proton de exemplu este circa 10 la puterea a 9-a electronVolt – circa 1 GeV). Căutările monopolilor continuă – atât la acceleratoare cât și în razele cosmice întrucât aceștia ar putea exista, însă ori să aibă masă diferită față de cea examinată în prezent, ori să fie mult mai rari decât ce s-a putut studia cu experimentele actuale.

Este o problemă deosebit de interesantă, care ar putea încă să ne rezerve surprize în viitor.

Rubrică realizată de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesoară de Fizică la Colegiul Naţional „Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe