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» » Crean un monopolo magnético sintético

Referencia: Phys.org , 29 de enero 2014

Casi 85 años después de que el pionero físico teórico Paul Dirac predijera la posibilidad de su existencia, una colaboración internacional liderada por el profesor David S. Hall del Amherst College Physics y de la Academia Research Fellow Mikko Möttönen de la Universidad Aalto (Finlandia) ha creado, identificado y fotografiado monopolos magnéticos sintéticos, en el laboratorio de Hall en el campus de Amherst. El logro allana el camino para la detección de las partículas en la naturaleza, se trata de un desarrollo revolucionario que podría ser comparable con el descubrimiento del electrón.


En la publicación en la revista Nature de este trabajo han sido co-autores Hall, Möttönen, Amherst, Michael Ray, Saugat Kandel y Emmi Ruokokski.

"La creación de un monopolo magnético sintético debe proporcionarnos una visión sin precedentes de aspectos del monopolo magnético natural, si es que existe", dijo Hall, explicando las implicaciones de su trabajo.

Ray, el autor principal del documento y el primero en ver los monopolos en el laboratorio, está de acuerdo: "Este es un descubrimiento increíble. Caso de poder confirmar el trabajo de uno de los físicos más famosos es probablemente una de esas oportunidades de una sola vez en la vida. me siento orgulloso y honrado de haber formado parte de este gran esfuerzo de colaboración."

En general, los polos magnéticos vienen en pares: tienen tanto polo norte como polo sur y, sin embargo, como el nombre sugiere, un monopolo magnético es una partícula magnética que posee un solo polo, simple y aislado, un polo norte sin polo sur, o viceversa. En 1931, Dirac publicó un trabajo donde exploraba la naturaleza de estos monopolos en el contexto de la mecánica cuántica. A pesar de las extensas búsquedas experimentales de antiguos minerales fósiles en todas las muestras lunares, todavía no se ha confirmado ninguna observación de un monopolo magnético natural.

Equipo de Hall adoptó un enfoque innovador para investigar la teoría de Dirac, creando e identificando monopolos magnéticos sintéticos en un campo magnético artificial generado por un condensado de Bose-Einstein, esto es un gas atómico enfriado a un frío extremo a decenas de mil millonésimas de grado más caliente que el cero absoluto. El equipo se basó en el trabajo teórico publicado por Möttönen y su estudiante Ville Pietilä, que sugiere que una secuencia particular de cambio de los campos magnéticos externos podría dar lugar a la creación de un monopolo sintético. Sus experimentos se han llevado a cabo posteriormente en el refrigerador atómico construido por Hall y sus estudiantes en el sótano de su laboratorio, en el Centro de Ciencias Merrill.

Después de resolver muchos problemas técnicos, el equipo se vio recompensado con las fotografías que confirmaban la presencia de monopolos en sus extremos de pequeños remolinos cuánticos dentro del gas ultrafrío. El resultado demuestra experimentalmente que las estructuras previstas por Dirac no existen en la naturaleza, explicó Hall, aunque los monopolos magnéticos de origen natural sigan manteniéndose en general.

Finalmente, ver un monopolo sintético, dijo Hall, fue uno de los momentos más emocionantes de su carrera. "No es algo de todos los días el que se llegue a tocar y pinzar el análogo de una escurridiza partícula fundamental en condiciones muy controladas en el laboratorio”. Y añadió que la creación de campos eléctricos y magnéticos sintéticos es una rama nueva y de rápida expansión de la física, lo que conlleva a un desarrollo y comprensión completa de nuevos materiales, como los superconductores de alta temperatura que sirven para la transmisión sin pérdidas de electricidad. También dijo que el descubrimiento del equipo del monopolo sintético proporciona una base más sólida para las búsquedas actuales de monopolos magnéticos en el que está involucrado el famoso Gran Colisionador de Hadrones del CERN, la Organización Europea para la Investigación Nuclear. (Los anteriores modelos teóricos que describían el período post-Big Bang, predecían que debieran ser bastante comunes, sin embargo, un modelo especial de expansión del universo que ha sido desarrollado más tarde explicaba la extrema rareza de estas partículas).

Según Möttönen, de Aalto, "Nuestro logro abre caminos sorprendentes para la investigación cuántica. En el futuro, queremos conseguir incluso una correspondencia más completa con el monopolo magnético natural."

Hall, quien recientemente ha sido nombrado miembro de la Sociedad Americana de Física, dijo que el trabajo experimental de su equipo surgió del interés por parte de estudiantes investigadores de verano de Amherst, en una reunión del grupo en 2011, bastante después del artículo de Pietilä y Möttönen de 2009 publicado en Physical Review Letters. “Tuvieron la sensación como si Pietilä y Möttönen hubiesen escrito su artículo con nuestro aparato en mente", comentó, "así que era natural que lo escribieran con nuestras cuestiones. Desde luego, si no fuera por la curiosidad inicial de estos estudiantes nunca nos habríamos embarcado en este proyecto."


- Relacionado: Descubiertos monopolos magnéticos artificiales .
- Fuente: Observation of Dirac Monopoles in a Synthetic Magnetic Field, M. W. Ray, E. Ruokokoski, S. Kandel, M. Möttönen, and D. S. Hall, Nature, 2014: dx.doi.org/10.1038/nature12954 .
- Cita: The method used in the monopole creation has been developed in: Creation of Dirac Monopoles in Spinor Bose-Einstein Condensates, V. Pietilä ja M. Möttönen, Phys. Rev. Lett. 103, 030401 ( 2009 ) : link.aps.org/abstract/PRL/v103/e030401 .
- Vía Amherst College .
- Imagen: Ilustración artística del monopolo magnético sintético. Crédito: Heikka Valja .
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