Ассоциация государственных научных центров "НАУКА"
Ассоциация государственных научных центров "НАУКА"
Все, кому с детства знакомы постоянные магниты, знают, что разбив его, нельзя получить две половинки с одним положительным и одним отрицательным полюсом: каждый из осколков становится полноценным магнитом.
Иначе говоря, практика показывает, что все магниты являются диполями и невозможно создать магнитный монополь — частицу с единственным, северным или южным, полюсом. Однако физики из частного Амхерстского колледжа (США) сделали невозможное и фактически создали магнит-монополь.
Споры о существовании магнитной частицы с единственным полюсом ведутся уже сотни лет, с тех пор как началось детальное изучение феномена магнетизма.
Схожесть электрических и магнитных сил природы вызывала недоумение из-за того, что электрические заряды существуют, а магнитные — нет.
В 1931 году английский физик Поль Дирак опубликовал статью, в которой предсказал возможность обнаружения магнитного диполя, в честь его гипотетическую частицу и назвали — монополь Дирака. И хотя за восемь десятилетий эксперименты не привели к успеху, а диполь пытались найти в образцах лунного грунта и древних минералах, ученые продолжали ее поиски все более изощренными методами.
Ученые из международной коллаборации под руководством профессора Дэвида Холла попытались сами создать монополь Дирака в лабораторных условиях с помощью искусственного магнитного поля, созданного внутри так называемого конденсата Бозе—Эйнштейна из сверхохлажденных атомов рубидия.
Это особое агрегатное состояние вещества, температура которого превышает температуру абсолютного нуля лишь на миллиардные доли градуса. При такой температуре вещество начинает демонстрировать квантовые свойства.
В своей работе, опубликованной в журнале Nature, ученые опирались на теоретическое предсказание того, что, меняя особым образом внешнее магнитное поле вокруг конденсата Бозе—Эйнштейна, в нем можно получить искусственный монополь. Решив ряд технических трудностей, команда ученых была вознаграждена снимками, на которых монополь Дирака был виден на краях мельчайших квантовых вихрей. Физики смогли увидеть и так называемую струну Дирака — предсказанную Дираком линию в квантовой системе, ограничивающую область монополя.
«Создание искусственного магнитного монополя позволит нам взглянуть на проблему существования природного магнитного монополя, если он на самом деле существует», — сказал Холл.
По его словам, эксперимент показал, что структуры, предсказанные Дираком, действительно можно создать, хотя их существование в природе так и остается под вопросом.
Исследования, связанные с созданием искусственных электрических и магнитных полей, сейчас активно расширяющаяся область физики, которая может привести к созданию новых материалов для высокотемпературных сверхпроводников и возможности передачи электроэнергии без потерь.
«Хотя эти результаты предлагают нам лишь аналог магнитного монополя, их соответствие теории укрепляет надежду на то, что эта частица будет найдена экспериментально», — считает Линдси Лебланк, физик из Университета Альберты, не участвовавшая в исследовании. По словам авторов открытия, их результат должен подстегнуть другие группы экспериментаторов, которые продолжают поиски магнитных монополей, в том числе с использованием Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе.