Monopolai užimti kaip elektronų magnetinis ekvivalentas

Eksperimentinis vienpolio elgesio matavimas nugaroje

„Spin Ice“: Tetraedrų tinklelis su į vidų ir išorę nukreiptu nugara © Rutgers University
skaityti garsiai

Magnetiniai monopoliai, atskiri magnetiniai krūviai, kurie, pavyzdžiui, atitinka tik strypo magneto šiaurinį polį arba pietinį polių, rodo paralelę su atskirų elektros krūvių elgsena. Nors ši simetrija buvo postuluojama ilgą laiką, ji niekada nebuvo eksperimentiškai įrodyta. Dabar fizikai žurnale „Gamta“ paskelbė atitinkamą eksperimentą apie egzotiškai skambančią kristalinę „sukinio ledo“ formą.

Magnetinės monopolijos yra hipotetinės dalelės, kurių egzistavimą 1931 m. Numatė fizikas Paulius Diracas, tačiau iki šiol niekada nebuvo galima to aiškiai įrodyti. Priešingai nei įprastas dvipusis magnetas, pavyzdžiui, strypo magnetas, turintis šiaurės ir pietų polius, jie turi tik izoliuotą magnetinį krūvį. Todėl jie visada žymi tik šiaurės arba pietų polius. Remiantis Diraco teorija, magnetizmo monopolija būtų tai, kas yra elektrone elektroje: abu yra elementariosios dalelės ir paprasti jų domenų nešiotojai.

Besisukantis ledas: ypatingos rūšies tetraedrinė grotelė

2009 m. Vasario mėn. Berlyno Helmholtz medžiagų ir energijos centro (HZB) tyrėjai pirmą kartą aptiko monopolus kaip kvapios daleles disprosiumo titanato kristale (Dy2Ti2O7). Dabar Stevenas Bramwellas iš Londono universiteto koledžo nanotechnologijų centro sujungė eksperimentą ir teoriją, norėdamas ištirti magnetinių monopolių elgesį šiame krištolo, kuris yra specialioje verpimo pavidalo struktūroje. Tyrėjai vadovavosi teorija, kuri iš pradžių apibūdino elektros krūvių elgseną skysčiuose ir pritaikė juos besisukančio ledo sąlygoms.

Besisukančiame lede dalelių sukiniai sudaro gardelės modelį, panašų į vandens ledo modelį: Pagrindiniai statybiniai blokai yra tetraedriniai, o abu du sukiniai nukreipti į vidų, du į išorę. Vandens ledo atveju tai atitinka H2O molekulių išdėstymą, kai du protonai sėdi arti „savo“ deguonies dalelių, o du gretimi protonai yra sujungti papildomais ryšiais.

Magnetiniai vienpoliai kaip nugaros ledo sutrikimas

Tyrėjai pirmą kartą parodė, kad magnetinės monopolijos tokioje tvarkingoje magnetinių dipolių grotelėse gali būti pastebimos kaip pasipiktinimas. Šis eksperimentinis monopolių demonstravimas leido mokslininkams išmatuoti jų patiriamą stresą ir nustatyti, kad jis yra elementinis magnetinio krūvio vienetas medžiagoje. Kartu jie taip pat tvirtina, kad šiuo aspektu egzistuoja Dirako postuluojamas elektros ir magnetizmo ekvivalentiškumas. Tačiau magnetiniai vienpoliai gali egzistuoti tik sukinimo-ledo grotelėse. displėjus

(Gamta, 2009 10 15 - NPO)