Confermata l’esistenza dei monopoli magnetici

Una ricerca coordinata dall’americano Amherst College ha dimostrato l’esistenza di una particella con un solo polo magnetico. Si tratta di una conferma sperimentale molto significativa, visto che l’esistenza di monopoli magnetici era stata teorizzata da paul Dirac nel 1931. 

“La creazione di un monopolo magnetico sintetico dovrebbe fornirci un punto di osservazione senza precedenti per comprendere il comportamento di queste particelle”, ha spiegato David Hall, primo autore della ricerca pubblicata oggi su Nature. Si tratta, quindi, non solo di confermare un aspetto importante del lavoro di uno dei più grandi fisici del novecento, ma di approfondire la nostra conoscenza dei costituenti fondamentali della materia. 

Rappresentazione artistica di un monopolio magnetico. (Cortesia di Heikka Valja.)

Vediamo un po’ meglio di cosa si tratta. Di solito i poli magnetici esistono in coppie: hanno entrambi un polo nord e un polo sud. Quando si parla di “monopolio” magnetico si intende invece una particella che possiede un solo ed isolato polo. In pratica, ha il polo nord senza il corrispondente polo sud e viceversa. Nel 1931 Dirac ha pubblicato un articolo in cui si esplorava la natura di questi monopoli nel contesto della meccanica quantistica. Da allora, nonostante le ampie ricerche sperimentali non era mai stato osservato un monopolo magnetico in natura. 

L’approccio usato è innovativo. Il team di ricercatori si è infatti proposto di ricercare una traccia della presenza del monopolo magnetico manipolando le particelle di un particolare stato della materia: il Condensato di Bose-Einstein (BEC).

Anche se in questo set sperimentale gli scienziati non sono riusciti ad osservare direttamente la particella hanno però potuto registrarne con accuratezza gli effetti (un po’ come accade con la materia oscura. Nessuno riesce a catturarla ma tutti sanno che esiste). Più in dettaglio, è stata confermata l’esistenza di monopoli magnetici alle estremità di piccoli vortici quantistici all’interno dei gas ultrafreddi. Il risultato è certamente significativo.

Da un lato David Hall ha infatti sottolineato che non capita tutti i giorni di riuscire a colpire e “pungolare” l’analogo di una particella fondamentale in condizioni altamente controllate in laboratorio. Ha aggiunto che la creazione di campi elettrici e magnetici sintetici è un nuovo ramo della fisica in rapida espansione e che potrà condurre allo sviluppo di nuovi materiali, come superconduttori alta temperatura per la trasmissione di energia elettrica. Dall’altro è possibile che le ricadute di questo esperimento investano vari campi, dal Modello Standard alla ripresa di alcuni vecchi modelli cosmologici che prevedevano una massiccia presenza di monopoli magnetici nei periodi immediatamente successivi al Big Bang. 

Riferimenti bibliografici:

1) M. W. Ray, et alii., “Observation of Dirac monopoles in a synthetic magnetic field,” Nature 505, 657–660 (30 January 2014); doi:10.1038/nature12954

2) Ville Pietilä e Mikko Möttönen, “Creation of Dirac Monopoles in Spinor Bose-Einstein Condensates,” Phys. Rev. Lett. 103, 030401 (2009); DOI: 10.1103/PhysRevLett.103.030401

Copia in PDF del paper del 2009: Creation of Dirac monopoles in spinor Bose-Einstein condensates