Si corta un imán por la mitad, terminará con dos imanes más pequeños. Tanto el imán original como el nuevo tienen polos "norte" y "sur".
¿Pero qué pasa si existen polos norte y sur únicos, al igual que las cargas eléctricas positivas y negativas? Estas bestias hipotéticas, conocidas como "monopolos magnéticos", son una predicción importante en varias teorías.
Al igual que un electrón, un monopolo magnético sería una partícula fundamental. Nadie ha visto uno todavía, pero muchos, tal vez incluso la mayoría, los físicos dirían que probablemente existen monopolos.
"Las fuerzas eléctricas y magnéticas son exactamente la misma fuerza", dice Wendy Taylor, de la Universidad de York de Canadá. "Todo sería totalmente simétrico si existiera un monopolo magnético. Hay una fuerte motivación por la belleza de la simetría para esperar queesta partícula existe "
Dirac hacia el futuro
Combinando el trabajo de muchos otros, el físico del siglo XIX James Clerk Maxwell demostró que la electricidad y el magnetismo eran dos aspectos de una sola cosa: la interacción electromagnética.
Pero en las ecuaciones de Maxwell, las fuerzas eléctricas y magnéticas no eran exactamente iguales. La fuerza eléctrica tenía cargas positivas y negativas individuales. La fuerza magnética no. Sin polos individuales, monopolos, la teoría de Maxwell parecía asimétrica, lo quelo molestó. Maxwell pensó y escribió mucho sobre el problema de la falta de carga magnética, pero lo dejó fuera de la versión final de sus ecuaciones.
El pionero cuántico Paul Dirac recogió el manto monopolo a principios del siglo 20. Para la época de Dirac, los físicos habían descubierto electrones y determinaron que eran partículas indivisibles, que transportaban una unidad fundamental de carga eléctrica.
Dirac calculó el comportamiento de un electrón en el campo magnético de un monopolo. Utilizó las reglas de la física cuántica, que dicen que un electrón o cualquier partícula también se comporta como una onda. Para un electrón que se sienta cerca de otra partícula, incluido un monopolo- esas reglas dicen que la onda del electrón debe pasar por uno o más ciclos completos que se envuelven alrededor de la otra partícula. En otras palabras, la onda debe tener al menos una cresta y un valle: sin medias crestas ni cuartos de canal.
Para un electrón en presencia de un protón, esta regla de onda cuántica explica los colores de la luz emitida y absorbida por un átomo de hidrógeno, que está formado por un electrón y un protón. Pero Dirac descubrió que el electrón solo podía tener la onda correctacomportamiento si el producto de la carga magnética monopolar y la carga eléctrica fundamental transportada por un electrón fuera un número entero. Eso significa que los monopolos, como los electrones, llevan una carga fundamental e indivisible. Cualquier otra partícula que lleve la carga eléctrica fundamental: protones, positrones, muones, etc. seguirán la misma regla.
Curiosamente, la lógica también funciona al revés. El resultado de Dirac dice que si existe un solo tipo de monopolo, incluso si ese tipo es muy raro, explica una propiedad muy importante de la materia: por qué las partículas cargadas eléctricamente transportan múltiplos de la electricidad eléctrica fundamentalcarga los Quarks llevan una fracción, un tercio o dos tercios de la carga fundamental, pero siempre se combinan para hacer múltiplos de números enteros de la misma carga. Y si existe más de un tipo de monopolo,debe llevar un múltiplo entero de la carga magnética fundamental.
El unicornio magnético
El descubrimiento de Dirac fue realmente un argumento de plausibilidad: si existieran monopolos, explicarían mucho, pero nada se desmoronaría si no existieran.
Desde los días de Dirac, muchas teorías han hecho predicciones sobre las propiedades de los monopolos magnéticos. Las grandes teorías unificadas predicen monopolos que serían más de 10 mil millones de veces más masivos que los protones.
Producir tales partículas requeriría más energía de la que pueden alcanzar los aceleradores terrestres, "pero es la energía que ciertamente estaba disponible al comienzo del universo", dice Laura Patrizii, del Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia.
Los detectores de rayos cósmicos de todo el mundo están buscando signos de estos monopolos, que todavía estarían presentes hoy en día, interactuando con moléculas en el aire. El experimento MACRO en Gran Sasso en Italia también buscó monopolos primordiales y proporcionó las mejores restriccionestener en la actualidad.
Afortunadamente para científicos como Patrizii y Taylor, las grandes teorías unificadas no son las únicas que predicen monopolos. Otras teorías predicen monopolos magnéticos de masas inferiores que podrían crearse en el Gran Colisionador de Hadrones, y por supuesto el modelo original de Dirac no lo hizo.No imponga restricciones de masa a los monopolos, lo que significa que los físicos deben estar abiertos a descubrir partículas que no formen parte de ninguna teoría existente.
Ambos buscan monopolos creados en el Gran Colisionador de Hadrones, Patrizii usando el detector MoEDAL y Taylor usando ATLAS.
"Creo que personalmente hay muchas razones para creer que existen monopolos, y solo tenemos que seguir buscando", dice Taylor.
"Los monopolos magnéticos son probablemente mi partícula favorita. Si descubrimos el monopolo magnético, [el descubrimiento sería] en la misma escala que la partícula de Higgs".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Fermi National Accelerator Laboratory Fermilab . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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