Un monopolo magnético es una partícula elemental hipotética en física de partículas que es un imán aislado con un solo polo magnético (un polo norte sin polo sur o viceversa).
Probablemente hayas oído hablar del bosón de Higgs. Se predijo que esta elusiva partícula existía hace mucho tiempo y ayudó a explicar por qué el universo funciona de la manera que lo hace, pero nos llevó décadas detectarlo.
Bueno, hay otra partícula esquiva que también ha sido predicha por la física cuántica, y que ha estado ausente por un tiempo aún más largo. De hecho, todavía no hemos visto uno, y no por falta de intentos.
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Se llama el monopolo magnético, y tiene algunas propiedades únicas que lo hacen bastante especial.
Paralelas
Quienes estén interesados en la física probablemente ya estén familiarizados con un monopolo eléctrico , aunque es posible que lo conozcan por su nombre más común: carga eléctrica.
Las cargas eléctricas opuestas atraen y las cargas similares se repelen a través de la interacción de los campos eléctricos, que se definen como que van de positivo a negativo. Estas son las etiquetas algo arbitrarias para las dos cargas eléctricas opuestas.
Los monopolos eléctricos existen en forma de partículas que tienen una carga eléctrica positiva o negativa, como protones o electrones.
A primera vista, el magnetismo parece algo análogo a la electricidad, ya que existe un campo magnético con una dirección definida de norte a sur.
Sin embargo, la analogía se rompe cuando tratamos de encontrar la contraparte magnética para la carga eléctrica. Si bien podemos encontrar monopolos eléctricos en forma de partículas cargadas, nunca hemos observado monopolos magnéticos.
En cambio, los imanes existen solo en forma de dipolos con un extremo norte y sur. Cuando un imán de barra se divide en dos partes, no se obtiene una parte norte y una parte sur separadas. En cambio, obtienes dos nuevos imanes más pequeños, cada uno con un extremo norte y sur.
Incluso si divide ese imán en partículas individuales, aún obtiene un dipolo magnético.
Cuando observamos el magnetismo en el mundo, lo que vemos es completamente consistente con las ecuaciones de Maxwell, que describen la unificación de la teoría del campo eléctrico y magnético en el electromagnetismo clásico.
Fueron publicados por primera vez por James Maxwell durante 1861 y 1862 y todavía se usan diariamente a nivel práctico en ingeniería, telecomunicaciones y aplicaciones médicas, por nombrar solo algunos.
Pero una de estas ecuaciones, la ley de Gauss para el magnetismo, afirma que no hay monopolos magnéticos.
El magnetismo que observamos en el día a día puede atribuirse al movimiento de las cargas eléctricas. Cuando una partícula cargada eléctricamente se mueve a lo largo de un camino, como un electrón que baja por un cable, esta es una corriente eléctrica. Esto induce un campo magnético que se envuelve alrededor de la dirección de la corriente.
La segunda causa del magnetismo implica una propiedad de la mecánica cuántica llamada “spin”. Esto puede pensarse en términos de una partícula cargada eléctricamente que gira sobre un eje en lugar de moverse en una dirección particular.
Esto genera un momento angular en la partícula, haciendo que el electrón actúe como un dipolo magnético (es decir, un pequeño imán de barra). Esto significa que podemos describir fenómenos magnéticos sin la necesidad de monopolos magnéticos.
Pero solo porque nuestras teorías electromagnéticas clásicas sean consistentes con nuestras observaciones, eso no implica que no haya monopolos magnéticos. Más bien, esto solo significa que no hay monopolos magnéticos en ningún lugar que hayamos observado .
Una vez que comenzamos a profundizar en las oscuras profundidades de la teoría, comenzamos a encontrar algunos argumentos tentadores para su presencia en el universo.
En 1894, el Premio Nobel Pierre Curie discutió la posibilidad de una partícula sin descubrir y no pudo encontrar ninguna razón para descartar su existencia.
Más tarde, en 1931, el Premio Nobel Paul Dirac demostró que cuando las ecuaciones de Maxwell se extienden para incluir un monopolo magnético, la carga eléctrica solo puede existir en valores discretos.
Esta “cuantización” de la carga eléctrica es uno de los requisitos de la mecánica cuántica. Por lo tanto, el trabajo de Dirac fue mostrar que el electromagnetismo clásico y la electrodinámica cuántica eran teorías compatibles en este sentido.
Finalmente, hay pocos físicos que puedan resistir la belleza de la simetría en la naturaleza. Y debido a que la existencia de un monopolo magnético implicaría una dualidad entre la electricidad y el magnetismo, la teoría que sugiere los monopolos magnéticos se vuelve casi intoxicante.
La dualidad, en el sentido físico, es cuando dos teorías diferentes pueden relacionarse de tal manera que un sistema es análogo al otro.
Si fuera el caso de que la fuerza eléctrica fuera completamente análoga a la fuerza magnética, entonces quizás otras fuerzas también serían análogas entre sí. Quizás entonces habría alguna forma de relacionar la fuerza nuclear fuerte con la fuerza nuclear débil, allanando el camino para una gran unificación de todas las fuerzas físicas.
Por supuesto, solo porque una teoría tenga una simetría atractiva no la hace correcta.
Espejismo monopolo
Los científicos se han acercado a ver los monopolos magnéticos al producir estructuras similares a los monopolos en el laboratorio utilizando arreglos complejos de campos magnéticos en condensados y superfluidos de Bose-Einstein.
Pero, si bien estos muestran que un monopolo magnético no es una imposibilidad física, no son lo mismo que descubrir uno en la naturaleza.
En ocasiones, los experimentos de física de partículas han anunciado posibles candidatos monopolo, pero hasta ahora ninguno de estos descubrimientos ha demostrado ser irrefutable o reproducible.
El Detector de monopolo y exóticos en el Gran Colisionador de Hadrones (MoEDAL) ha retomado la búsqueda, pero hasta la fecha no ha encontrado monopolos.
Como resultado, los entusiastas de los monopolos magnéticos se han centrado en explicar por qué no hemos visto ningún monopolo.
Si la generación actual de aceleradores de partículas no ha podido detectar un monopolo magnético, quizás la masa de un monopolo es simplemente mayor de lo que podemos crear en la actualidad.
Usando la teoría, podemos estimar la masa máxima posible para el monopolo magnético. Dado lo que ya sabemos acerca de la estructura del universo, podemos estimar que la masa monopolo podría llegar a ser enorme
10 ^ 14 TeV. Un objeto tan masivo puede haberse producido solo en las primeras etapas del universo después del Big Bang, antes de que comenzara la inflación cósmica. Si el universo se enfrió hasta el punto de que la creación de monopolos ya no era energéticamente posible antes de expandirse, tal vez los monopolos estén ahí afuera. Solo unos pocos y distantes. El truco es encontrar uno.
Las líneas magnéticas originadas a partir del monopolo ‘N’ se cerrarían en el monopolo ‘S’ o cualquiera que sea el tipo opuesto de monopolos
Entonces, básicamente, un monopolo ‘N’ atraería un monopolo ‘S’ al igual que + ve y-ve cargas
