¿Hay alguna evidencia de que los monopolos magnéticos existen y por qué deberían existir?

¿Alguna evidencia directa? No tan lejos como sé.

¿Por qué deberían existir? Bueno, los físicos son bastante aficionados a las simetrías, echemos un vistazo a las Leyes de Maxwell que describen la electrodinámica clásica:
No es importante lo que realmente son la mayoría de esos símbolos. Pero debería ser capaz de notar algún tipo de similitud entre el 1er y el 2do, y entre el 3d y el 4to.

La diferencia entre la primera y la segunda ecuación (que no sea que haya un campo E eléctrico y un campo B magnético) es que una de ellas es igual a cero, mientras que la otra es igual a cierta densidad. El hecho de que la segunda ecuación da cero es la formulación teórica de decir: los monopolos magnéticos no existen.

La diferencia entre la tercera y cuarta ecuación es la ausencia de una J en la tercera. Esta J es la corriente eléctrica. Si tuviera que introducir una corriente magnética, estas dos ecuaciones tendrían el mismo aspecto, salvo algunas constantes.

Sabemos por la teoría relativista que la electromecánica y el magnetismo son dos caras de la misma moneda. Bajo las transformaciones de Lorentz, parte de uno se transforma en parte del otro (tal como aprendió que el tiempo se ralentiza si viaja cerca de la velocidad de la luz, el valor que mide para uno de estos campos también disminuirá, mientras que el otro aumenta )

Entonces, por un lado, vemos que la electromecánica y el magnetismo son solo dos partes de una cosa (a saber, el electromagnetismo). Por otro lado, hasta ahora no podemos encontrar monopolos magnéticos. Pero sí sabemos que si existieran, terminaríamos con dos conjuntos de ecuaciones de aspecto casi idéntico (salvo constantes). Que es lo que cabría esperar cuando son solo dos aspectos del campo electromagnético.

En resumen, si existieran monopolos magnéticos, haría que todo se viera mejor, satisfaría nuestro deseo humano de que todo se vea simétrico.

Tenga en cuenta que, por lo que sé, la existencia de monopolos magnéticos arruinaría los resultados de otros experimentos que hicimos en el pasado, por lo que es bastante seguro que no existan en este nivel. Pero cuánticamente, pueden existir.

Cuando era estudiante de UC Berkeley hace muchos años, tenía un profesor de física que enseñaba una forma simétrica de las ecuaciones de Maxwell asumiendo monopolos magnéticos. Estaba convencido de que los monopolos magnéticos existían tal vez porque las ecuaciones eran más estéticamente agradables. Incluso ha habido expediciones al Polo Norte magnético para encontrarlos. No se han encontrado y sospecho que nunca se encontrarán. Pero quién sabe, pueden encontrarlos en el núcleo de un magnetar u otro objeto espacial realmente extraño. No hay ninguna razón que los obligue a existir fuera de la elegancia de la fórmula.

A2A

Primero, permítanme señalar que los fenómenos del magnetismo y los imanes no tienen nada que ver con los monopolos magnéticos. Toda la materia observada hasta la fecha, incluyendo cada átomo en la tabla periódica y cada partícula en el modelo estándar no tiene carga magnética monopolar.

Aunque la atracción eléctrica involucra protones (que solo son positivos) y electrones (que solo son negativos), el magnetismo no funciona de esa manera. Los dos polos de un imán surgen simultáneamente del efecto agregado de todas las corrientes y momentos intrínsecos en todo el imán. Eso significa que si rompe un imán de barra por la mitad, ya no tendrá un polo norte y un polo sur, sino dos de cada uno.

Dicho esto, entre Júpiter y su luna, Io es un área conocida como “tubo de flujo”, una estructura superficialmente similar a los monopolos magnéticos. Los extremos de un tubo de flujo forman un dipolo magnético, pero como se mueven independientemente, pueden ser tratados para muchos propósitos como monopolos magnéticos independientes.

En algunas teorías, los monopolos magnéticos aparecen como “defectos topológicos” en el espacio. Esto significa que son puntos en los que un campo similar a Higgs (es decir, un campo que tiene un valor distinto de cero en el vacío) es singular. Dependiendo de algunos detalles técnicos, las singularidades de dicho campo pueden ser de 0 dimensiones (en este caso se denominan monopolos), de 1 dimensión (llamadas cadenas cósmicas) o de 2 dimensiones: se llaman paredes de dominio. Sin embargo, no tenemos evidencia observacional de la existencia de tales objetos.