Ξαναγράφοντας τα σχολικά βιβλία: μαγνητικός Βορράς χωρίς Νότο

"Δεν υπάρχουν μαγνητικά μονόπολα". Αυτό τονίζουν όλα τα βιβλία και οι φυσικοί σε όλα τα σχολεία καθώς και στο πρώτο έτος των πανεπιστημίων. Μήπως όμως υπάρχουν ή μπορούν να φτιαχτούν; Ότι δεν απαγορεύεται από την κβαντική θεωρία πρώτος μας το είπε ο Paul Dirac το 1931.

Τα κοσμικά μονόπολα είναι ακόμα μια ουτοπία, αλλά οι θεωρίες μας λένε ότι κυκλοφορούν ελεύθερα σωματίδια (άλλες λένε ότι έχουν μάζα 10¹⁶ φορές τη μάζα του πρωτονίου και άλλες με μια μάζα χιλιάδες φορές εκείνης του πρωτονίου), που θεωρούνται πως μεταφέρουν ένα απλό κβάντο μαγνητικού «φορτίου», όπως ένα ηλεκτρόνιο μεταφέρει τη μονάδα του ηλεκτρικού φορτίου. Αυτό που βλέπουμε όμως είναι ότι η φύση μας δίνει πάντα δύο πόλους μαζί κατά ζεύγη – ένα βόρειο και ένα νότιο πόλο αδιαίρετα  μαζί σε ένα ευθύγραμμο μαγνήτη, για παράδειγμα. Γιατί συμβαίνει αυτό, δεν είμαστε απολύτως σίγουροι.

Αλλά αποδεικνύεται ότι μπορούμε να φτιάξουμε τα δικά μας μονόπολα (New Scientist, 9 Μαΐου 2009).

Αριστερά, βλέπουμε ‘παγωμένα’  σπιν σε ιόντα όλμιου, οξυγόνου και τιτανίου, που είναι ένα εξωτικό υλικό με την ονομασία spin ices. Τότε τα μεμονωμένα άτομα λειτουργούν ως μικροσκοπικοί ευθύγραμμοι μαγνήτες με ένα βόρειο και ένα νότιο πόλο. Αν το σπιν ευθυγραμμίζεται σε πολλά άτομα μαζί τότε και το ίδιο το υλικό γίνεται μαγνητικό.

Αν θερμάνουμε τα ιόντα του όλμιου, τότε ‘αναποδογυρίζεται’ το σπιν και βλέπουμε ότι δύο σπιν να έχουν την αντίθετη κατεύθυνση. Με μια πρόσθετη ενέργεια η μεταβολή αυτή μετατοπίζεται, δαν ντόμινο, και στα διπλανά ιόντα. Οι ερευνητές Mark Harris του Πανεπιστημίου Οξφόρδης και Steve Bramwell του Πανεπιστημιακού Κολλεγίου του Λονδίνου, ήταν οι πρώτοι που μελέτησαν και δημιούργησαν αυτό το υλικό

Βλέπουμε στην πάνω εικόνα μια μετατόπιση του βόρειου και νότιου πόλου σε διαφορετικά σημείο του ιοντικού πλέγματος

Κι ένα σχετικό βίντεο από το YouTube

Τον Μάρτιο του 2011, ο Steve Bramwell και οι συνεργάτες του ανακοίνωσαν ότι κατάφεραν να αποθηκεύσουν μακρόβια μονοπολικό ρεύμα στο μαγνητικό ισοδύναμο ενός πυκνωτή, δηλαδή έκαναν ένα πρώτο βήμα προς την κατεύθυνση του πλήρους ‘μαγνητρονικού’ κυκλώματος (magnetronic). Προς το παρόν, αυτές οι συσκευές παραμένουν αντικείμενα αξιοπερίεργα, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι δεν θα είναι χρήσιμα στο μέλλον, πιστεύει ο Bramwell. Σε τελευταία ανάλυση, “για ένα μεγάλο διάστημα, η ηλεκτρική ενέργεια δεν είχε καμιά προφανή χρήση".

Πηγή: New Scientist