Monopole magnetyczne jest hipotetycznym cząstek, które niosą ze sobą punkt magnetyczny masowe (lub ładunek ) , w przeciwieństwie do zwykłych magnesów , które mają dwa przeciwległe bieguny magnetyczne.
Istnienie monopoli magnetycznych wyklucza klasyczny elektromagnetyzm i teoria względności , ale w 1931 roku Paul Dirac wykazał ich teoretyczne istnienie w ramach fizyki kwantowej .
We wrześniu 2009 r. Naukowcy zaobserwowali sztuczny monopol magnetyczny kwazicząstek o tych właściwościach. Jednak do tej pory nie zaobserwowano żadnej „wolnej” cząstki elementarnej z monopolem magnetycznym.
Gdyby zaobserwować cząstkę elementarną z monopolem magnetycznym, konsekwencje byłyby ważne na poziomie teorii unifikacji podstawowych praw fizyki, ponieważ te ostatnie są w tym punkcie przeciwne.
Eksperymentalna asymetria równań Maxwella w odniesieniu do dwoistości elektryczno-magnetycznej jest związana z faktem, że pole elektryczne jest generowane przez ładunki elektryczne, które dają mu niezerową dywergencję, ale pole magnetyczne jest zawsze zerowe z powodu braku. odpowiedniego obciążenia punktowego. Doświadczalnie jedyne źródło pola magnetycznego pochodzi z istnienia prądu elektrycznego, to znaczy z ruchu ładunków elektrycznych.
Istnienie monopoli magnetycznych oznaczałoby zatem również istnienie prądów magnetycznych, które stanowiłyby również źródło pola elektrycznego o innym charakterze niż zwykłe źródła (ładunek miejscowy lub indukcja magnetyczna ).
Chociaż w klasycznym elektromagnetyzmie istnienie monopoli magnetycznych nie jest zgodne z równaniami Maxwella i chociaż szczególna teoria względności umożliwia zademonstrowanie wszystkich praw Maxwella, łącznie z tym, który przewiduje nieistnienie monopoli magnetycznych; Na podstawie hipotezy o istnieniu ładunku elektrycznego Paul Dirac wykazał w 1931 r., że istnienie monopoli magnetycznych jest zgodne z równaniami Maxwella w ramach hipotezy ilościowego określenia ładunku elektrycznego, który - to - obserwuje się eksperymentalnie.
W fizyce cząstek elementarnych monopole magnetyczne byłyby rodzajem cząstek elementarnych z punktowym ładunkiem magnetycznym. Ich istnienie postulowano po raz pierwszy w 1894 roku przez Pierre'a Curie w artykule o „możliwości istnienia przewodności magnetycznej oraz bezpłatnym magnetyzmu” , a Paul Dirac sformalizowane ich aspekt kwantowej w 1931 roku.
Według Pierre'a Curie tego typu cząstka powinna odpowiadać prawom symetrii i być chiralna (to znaczy prezentować dwa kształty, trochę jak dłonie, prawą i lewą).
Pomimo intensywnych badań tego rodzaju cząstki nie były do tej pory obserwowane i nie pasują do teorii Modelu Standardowego . Ale kilka teorii wielkiego zjednoczenia przewiduje istnienie monopoli lub przynajmniej możliwość ich istnienia przy wysokiej energii. Dlatego teorie te nie zostały jeszcze zatwierdzone lub unieważnione z powodu braku obserwacji w ich domenie predykcyjnej, ale możemy sobie wyobrazić mechanizmy wyjaśniające ich brak obserwacji w naszej zwykłej skali energetycznej obserwacji.
Jego odkrycie miałoby ważne konsekwencje, ponieważ w naturalny sposób uzupełniłoby teorię elektromagnetyzmu , czyniąc równania Maxwella całkowicie symetrycznymi w ramach dwoistości elektryczno-magnetycznej, az drugiej strony dałoby naturalne wyjaśnienie ilościowego określenia ładunku elektrycznego. Rzeczywiście, warunek kwantyzacji Diraca, wynikający z rozważań mechaniki kwantowej, narzuca każdemu ładunkowi elektrycznemu i każdemu ładunkowi magnetycznemu, aby zweryfikować następującą zależność :
(Dla pewnej liczby całkowitej i na ograniczonej stałą Plancka ).Tak więc, gdybyśmy mogli wykazać istnienie pojedynczego ładunku magnetycznego, naturalnie wynikałoby to z ilościowego określenia ładunku elektrycznego w jednostkach .
Ich brak obserwacji mógł wynikać z bardzo dużej masy, niektórzy zakładali również, że mogą to być bozony (cząstki, które mogą aglutynować w tym samym stanie kwantowym) i mogą być obdarzone silnymi oddziaływaniami, podobnymi do oddziaływań jądrowych.
W wrzesień 2009kilka eksperymentów wykazało istnienie monopoli magnetycznych w kryształach w postaci kwazicząstek stanowiących końce strun Diraca (nie nieskończenie długie). Tom Fennell w Institut Laue-Langevin i Jonathan Morris w Berlinie stworzyli warunki do reprodukcji sztucznie syntetycznych monopoli w tytanianu z holmium i tytanianu dysproz .
Można również zwrócić uwagę na prąd, a naukowcy uważają, że to odkrycie może mieć konsekwencje w dziedzinie mikroelektroniki.
Należy zauważyć, że poza zachowaniem mikroskopowym, te kwazicząstki nie mają związku ze zwykłym pojęciem „ monopola magnetycznego ”, jak opisano powyżej dla fizyki cząstek elementarnych, ponieważ nie są one cząstkami elementarnymi . Niemniej odkrycia te posuwają spintronikę w kierunku komputera kwantowego .