Φυσικοί από το το Κέντρο Ερευνών Helmholtz στο Βερολίνο (HZB) έχουν, σε συνεργασία με συναδέλφους τους από τη Δρέσδη, το St Andrews, τη Λα Πλάτα και την Οξφόρδη, για πρώτη φορά παρατηρήσει μαγνητικά μονόπολα και είδαν πώς έκαναν την εμφάνισή τους σε ένα πραγματικό υλικό.
Οι αποτελέσματα της έρευνας τους δημοσιεύονται στο περιοδικό Science.
Έχουμε προχωρήσει ένα βήμα πιο κοντά στην ανακάλυψη του μυστηριώδους μονόπολου – ένας μαγνητικός πόλος που δεν συνοδεύεται από το αντίθετό του, και που από καιρό αναζητείται από τους φυσικούς. Δύο εργαστηριακά πειράματα χρησιμοποιώντας ένα παράξενο υλικό – που ονομάζεται παγωμένο σπιν (spin ice) – έχουν παράσχει την καλύτερη απόδειξη μέχρι τώρα ότι τα μονόπολα πραγματικά είναι κάπου εδώ.
Σχεδόν 80 χρόνια πριν – το 1931- ο φυσικός Paul Dirac μας είπε ότι είναι δυνατόν να διαχωριστεί ο βόρειος από το νότιο πόλο ενός μαγνήτη και να βρεθούν στην άκρη σωλήνων – που λέγονται χορδές Dirac – που φέρουν μαγνητικό πεδίο. Όμως, παρά την αναζήτηση δεκαετιών στην σεληνιακή σκόνη, στα συντρίμμια από τις συγκρούσεις των σωματιδίων και την κοσμική ακτινοβολία για ίχνη μονόπολων, δεν έχει βρεθεί κανένα μέχρι τώρα.
Το παγωμένο σπιν είναι ένα είδος κρυσταλλικού υλικού με βασικά τις ίδιες ατομικές ρυθμίσεις όπως και το παγωμένο νερό. Πέρυσι, ερευνητές απέδειξαν ότι ορισμένες καταστάσεις του παγωμένου σπιν θα μπορούσαν να δημιουργήσουν μονόπολα που περιτυλίγουν γύρω από τον κρύσταλλο. Τα μονόπολα θα πρέπει να θεωρηθούν ως διαταραχές που διακινούνται μέσω των σπιν των ατόμων στο εσωτερικό του κρυστάλλου.
Τώρα δύο ξεχωριστές ομάδες ισχυρίζονται πως είδαν ακριβώς αυτό.
Είναι μια καλλιτεχνική άποψη για το ‘σπαγγέτι των σπιν’ των χορδών του Dirac
Οι Jonathan Morris και Alan Tennant από το HZB έκαναν ένα πείραμα υλικού με σκέδαση νετρονίων στον ερευνητικό αντιδραστήρα του Βερολίνου. Το υλικό που αποτέλεσε το αντικείμενο της έρευνας τους ήταν ένας απλός κρύσταλλος από δυσπρόσιο τιτανίου. Με τη βοήθεια των νετρονίων σκέδασης οι Morris και Tennant δείχνουν ότι οι μαγνητικές ροπές μέσα στο υλικό είχε αναδιοργανωθεί σε μια κατάσταση που ονομάζεται «σπαγγέτι σπιν». Το όνομα αυτό προέρχεται από τον τρόπο που διατάσσονται τα ίδια τα δίπολα, σαν ένα δίκτυο παραμορφωμένων σωλήνων (χορδών), μέσω των οποίων μεταφέρεται η μαγνητική ροή. Αυτή η διάταξη των χορδών λοιπόν μπορεί να γίνει ορατή από την αλληλεπίδρασή τους με τα νετρόνια τα οποία μεταφέρουν μια μαγνητική ροπή. Έτσι, τα νετρόνια σκεδάζονται με τρόπο που να οφείλεται στην αμοιβαία αλληλεπίδραση τους με τις χορδές.
Κατά τη διάρκεια των μετρήσεων σκέδασης των νετρονίων εφαρμόστηκε ένα μαγνητικό πεδίο στον κρύσταλλο από τους ερευνητές. Με αυτό το πεδίο μπορούσαν να επηρεάσουν τη συμμετρία και τον προσανατολισμό των χορδών. Έτσι θα ήταν δυνατή η μείωση της πυκνότητας των δικτύων των χορδών και η προώθηση του διαχωρισμού των μονόπολων. Το αποτέλεσμα ήταν, σε θερμοκρασίες από 0,6 έως 2 Kelvin, οι χορδές να είναι ορατές και να έχουν μαγνητικά μονόπολα στα άκρα τους.
Έχει επίσης παρατηρηθεί η υπογραφή ενός αερίου που αποτελείται από αυτά τα μονόπολα στην μέτρηση της θερμοχωρητικότητας από τον Bastian Klemke.Προσφέροντας έτσι κι άλλη μια επιβεβαίωση της ύπαρξης μονόπλων και που αποδεικνύουν ότι αλληλεπιδρούν με τον ίδιο τρόπο όπως και τα ηλεκτρικά φορτία.
Σε αυτή την εργασία των ερευνητών, για πρώτη φορά, βεβαιώνεται πως τα μονόπολα υφίστανται ως αναδυόμενη κατάσταση της ύλης, δηλαδή προκύπτουν από ειδικές ρυθμίσεις των διπόλων και είναι εντελώς διαφορετικά από τα συστατικά του ίδιου του υλικού.
Ωστόσο, παράλληλα με αυτή τη θεμελιώδη γνώση, ο Jonathan Morris εξηγεί ακόμα περισσότερο το νόημα των αποτελεσμάτων: "Γράφουμε για κάποιες νέες, θεμελιώδεις ιδιότητες της ύλης. Αυτές οι ιδιότητες γενικά ισχύουν για υλικά με την ίδια τοπολογία, δηλαδή για μαγνητικές ροπές αυτού του κρυστάλλου. Με την ανάπτυξη των νέων τεχνολογιών, αυτό μπορεί να έχει μεγάλες επιπτώσεις. Πάνω απ ‘όλα, σηματοδοτεί την παρατήρηση της κλασματοποίησης για πρώτη φορά στις τρεις διαστάσεις.
"Είναι πολύ συναρπαστικό," λέει ο Steve Bramwell του Πανεπιστημιακού Κολλεγίου του Λονδίνου. "Κατά τη γνώμη μου δεν υπάρχει πλέον ζήτημα για τα μονόπλα: έχουμε συντριπτικά στοιχεία ότι είναι πραγματικά."
Αυτό όμως είναι καλό νέο και για μεγαλύτερο θεωρίες μας δηλαδή για το πώς δημιουργήθηκε το σύμπαν. Όπως για τις Μεγάλες Ενοποιημένες Θεωρίες, οι οποίες περιγράφουν τις πρώτες στιγμές της ανάδυσης του σύμπαντος, και που όλες τους απαιτούν την ύπαρξη μονόπολων, αλλά σε ενέργειες που υπερβαίνουν τις δυνατότητες των επιταχυντών των σωματιδίων.
Οι παρατηρήσεις παγωμένο σπιν είναι το πιο κοντινό πράγμα στην επιβεβαίωση του εντέρου εικόνα που έχουμε είναι πιθανό να πάρει για το προβλέψιμο μέλλον, λέει ο Μόρις.
Οι κρύσταλλοι παγωμένου σπιν θα μπορούσαν να μας μάθουν περισσότερα για τις συνθήκες του πρώιμου σύμπαντος, λέει ο Bramwell. "Αν ήσαστε αναγκασμένοι να ζείτε μέσα σε ένα μπλοκ αυτού του παγωμένου σπιν, δεν θα είσαστε σε θέση να πείτε την διαφορά μεταξύ αυτών των μονόπολων και των κοσμικών μονόπλων," συμπληρώνει.
Πηγές: New Scientist, ScienceDaily News
——————————————————————————————————————–
Τι είναι τα μονόπολα
Ο Μεγάλες Ενοποιημένες Θεωρίες (GUT), προβλέπουν την ύπαρξη μονοπόλων . Τα μονόπολα των Μεγάλων Ενοποιημένων Θεωριών έχουν πολύ διαφορετικές ιδιότητες από ένα μαγνητικό μονόπολο Dirac - η πιο αξιοσημείωτη διαφορά είναι ότι η μάζα τους θα μπορούσε να είναι 1016 φορές της μάζας ενός μαγνητικού μονοπόλου Dirac.
Αυτή η τεράστια μάζα σημαίνει ότι τα μονόπολα των Μεγάλων Ενοποιημένων Θεωριών θα μπορούσαν να έχουν παραχθεί μόνο κατά τη στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης. Αν έχει συμβεί αυτό, τότε είναι πολύ πιθανό να υπάρχει κάποιο υψηλότερο νόημα στην κβάντωση του ηλεκτρικού και του μαγνητικού φορτίου. Στη φυσική, τα μυστήρια δημιουργούν μυστήρια.
Εξ’ αιτίας της μεγάλης μάζας αυτής θα ήταν εξαιρετικά δύσκολο με οποιονδήποτε επιταχυντή να επιτύχουμε ενέργειες του πολύ-πολύ πρώιμου σύμπαντος.
Αν δε υπάρχουν τα μονόπολα, θα είναι ελάχιστα και διάσπαρτα στο σύμπαν, μάλιστα τα μαγνητικά πεδία του μεσοαστρικού χώρου θα ήταν ασθενέστερα αν υπήρχαν σε μεγάλες συγκεντρώσεις.
Ο ιδρυτής του πληθωριστικού μοντέλου, Alan Guth, προβληματίσθηκε ιδιαίτερα με την απουσία τους και συμπέρανε ότι η συνολική τους μάζα θα αντιστοιχούσε σε εκατομμύρια φορές περισσότερη σκοτεινή ύλη από όση υπάρχει σήμερα. Επίσης σύμφωνα με το μοντέλο αυτό, η απότομη διόγκωση εξηγεί και την φαινομενική απουσία τους.
Σχετικά άρθρα
1. Έχουν δει οι φυσικοί τα μαγνητικά μονόπoλα;
2. Τα μαγνητικά μονόπολα υπάρχουν ακόμη από την εποχή του Big Bang;
Leave a Comment