Přelomové pozorování magnetických monopólů ve kvantovém oblaku  
V Boseho-Einsteinově kondenzátu vyvolali simulované magnetické monopóly. Až utichnou bujaré oslavy, můžeme o to nadšeněji hledat jejich ryze přírodní protějšky.

 

Zvětšit obrázek
Vytoužený syntetický magnetický monopól. Kredit: Heikka Valja/ Aalto University.



Svět fyziky se zastavil, pak vypuklo nevázané veselí a v laboratořích po celé planetě si připíjejí na monopól. Už je to tak, více než po 80 letech od předpovědi slavného teoretického fyzika Paula Diraca tu máme zprávu o pozorování magnetických monopólů, i když prozatím jen simulovaných. Je to bezesporu velký objev, který svým způsobem završuje dlouhá desetiletí intenzivního pátrání, frenetických výpočtů, bezesných nocí, mnoha nadějí a trpkých zklamání.

Zvětšit obrázek
Vpravo Michael W. Ray, vlevo šéf laboratoře David Hall. Kredit: Amherst College.

Fyzici sjížděli jeden experiment za druhým, prohledávali všechny dostupné materiály, od pradávných minerálů až po vzorky z Měsíce, a nic. Poslední desetiletí byly neúspěchy při hledání monopólů zvlášť palčivé, protože se monopóly objevují například v modelech Teorie velkého sjednocení i v modelech superstrunových teorií.


Přitom je to vlastně velice prosté. Běžné magnet má vždy dva póly, severní a jižní. Když takový magnet přeříznete vejpůl, tak dostanete dva magnety, z nichž každý má opět dva póly, severní a jižní. Magnetické monopóly jsou částice, až doposud čistě hypotetické, které jsou magnetem s jediným magnetickým pólem. Monopól má buď jenom severní pól anebo jižní pól. Proto monopól. Nedávno se objevily exotické materiály, jako například spinové ledy, v nichž byly popsány kvazičástice připomínající v některých ohledech právě magnetické monopóly. To nebylo úplně špatné, ale ani zcela uspokojující. Naopak, takové lechtivé objevy ještě zesílily touhu po nefalšovaných Diracových monopolech.

 

 
Takhle jednoduše to bohužel nejde. Kredit: Sbyrnes321, Wikimedia Commons.


A teď se dotkl věčnosti Michael Ray z Amherstu, první autor historického článku v časopisu Nature a také první člověk, který na vlastní oči spatřil simulované magnetické monopóly v laboratoři.

Zvětšit obrázek
Paul Dirac (kolem 1930). Kredit: Cavendish Laboratory/ Cambridge University, Wikimedia Commons.

Jak se to Rayovi a jeho kolegům vlastně povedlo? Vyšli z teoretické studie, která před časem předpověděla, že určité uspořádání změn vnějšího magnetického pole může stvořit velmi věrný analog monopólu. Ray a spol. využili umělé magnetické pole vyvolané Boseho-Einsteinovým kondenzátem, tedy plynem zchlazeným takřka na absolutní nulu.

Zvětšit obrázek
Dnes již klasický Boseho-Einsteinův kondenzát, z ultrachladných atomů rubidia. Kredit: NIST/JILA/CU-Boulder, Wikimedia Commons.

Po překonání celé řady technických obtíží se jim dostalo sladké odměny v podobě fotografických snímků, které potvrzují výskyt simulovaných magnetických monopólů na nepatrných kvantových vírcích v ultrachladném plynu Boseho-Einsteinova kondenzátu.


Pro přímé účastníky to jsou nepochybně vrcholné okamžiky jejich kariéry. Pokud se někde nespletli a doufejme že ne, tak se zapsali do historie. Pozorování simulovaných monopólů nepochybně zásadním způsobem rozběhne skomírající pátrání po přírodních monopólech, které se určitě někde ve vesmíru vyskytují. Některé starší teoretické modely vývoje vesmíru po Velkém třesku je popisovaly jako dost běžné částice, jiné modely je zase pojímají jako extrémně vzácné. Podle všeho jsme doposud hledali špatně a teď se to může změnit. Jistě zintenzívní i pátrání po magnetických monopólech na LHC a podobných zařízeních. Ostatně, sám Dirac kdysi prohlásil, že by byl překvapen, kdyby příroda neměla využití pro tak elegantní koncept, jako jsou právě magnetické monopóly. Takže, naplňte si sklenky a „Na monopól!“

 

 



Literatura

Amherst College News 29. 1. 2013, Nature online 29. 1. 2014, Wikipedia (Magnetic monopole, Bose–Einstein condensate).

Datum: 30.01.2014 12:38
Tisk článku

Fyzika pro gymnázia Molekulová fyzika a termika - Bartuška Karel, Svoboda Emanuel
 
 
cena původní: 164 Kč
cena: 164 Kč
Fyzika pro gymnázia Molekulová fyzika a termika
Bartuška Karel, Svoboda Emanuel

Diskuze:

Chudák Sheldon Cooper

Tomáš Lízner,2014-01-31 15:47:25

Ten se kvůli tomu hnal až na pól a teď mu to někdo vyfouknul :)

Odpovědět

Monopoly x Maxwel

Josef Jindra,2014-01-30 15:32:21

Mno, jevi se mi to tak, ze, pokud vubec, bude prokazana existence praveho monopolu tak kromne stale nevyreseneho problemu kvantove gravitace budeme mit i problem kvantoveho elektromagnetismu, proste nebudou platit na techto rozmerech Maxwellovy rovnice. Svet se konecne stane dostatecne silenym.

Odpovědět


Tak tak

Vladimír Fiala,2014-01-30 15:49:46

gravitace je stejny problem.... Mate pravdu.

Odpovědět


Nikoli.

Karel Dráha,2014-01-31 13:35:06

1) Maxwellovy rovnice nemají s magnetickými monopóly problém. V jejich běžné podobě je sice neobsahují, ale lze je velmi snadno a přirozeně přidat.

2) Kvantové Maxwellovy rovnice už dávno existují, nazývajají se Kvantová teorie pole. Je to nejpřesnější teorie, jako kdy lidi vytvořili.

Problém s magnetickými monopóly není, že by je naše teorie neobsahovaly, ale naopak to, že z našich teorií magnetické monopóly přirozeně vyplývají, a přesto je nepozorujeme.

Článek bohužel opravdu spíše mlží. Skutečné monopóly objeveny nebyly.

Odpovědět

Ono je otázkou

Vladimír Fiala,2014-01-30 15:01:54

za co ten samostatný magnetický pól na konci Diracova řetězce považovat, jestli to už je samostatný monopĺ a nebo ne, když na druhé jeho straně je ten druhý pól. Ale Ray s Hallem nejspíš budou mít pravdu. Asi to za samostatný monopól považovat můžeme. Nezbývá, než blahopřát, nebo závidět :)

Odpovědět

Hmmm,

Jiri Vlacil,2014-01-30 14:34:49

tak tu nejspíš máme další potvrzení, že ve struktuře materiálu se za extrémně nízkých teplot samostatné magnetické náboje vyvořit dají. A to je fakt síla. Ostatně to dokazuje i přesné měření změn tepelné kapacity ve spinovém ledu. Tam ale monopóly svůj krystal v zásadě neopustí, takže to stále bude pro některé důkaz dostačující, pro jiné ne. Nejspíš nás v tomto směru čekají ostré myšlenkové střety zastánců s odpůrci.

Odpovědět

Žádná revoluce to není

,2014-01-30 13:12:20

Zde je originální článek a komentář z Nature:
http://www.nature.com/nature/journal/v505/n7485/full/nature12954.html
http://www.nature.com/news/quantum-cloud-simulates-magnetic-monopole-1.14612

Steven Bramwell, a physicist at University College London who pioneered work on monopoles in spin ices, says that the experiment is impressive, but that what it observed is not a Dirac monopole in the way many people might understand it. “There’s a mathematical analogy here, a neat and beautiful one. But they’re not magnetic monopoles,” Bramwell says. “You have to do a sideways jump — a bit of lateral thinking in your mind — to project these onto magnetic monopoles,” he adds.

Jinými slovy: Je to zajímavé pozorování, ale není to skutečný magnetický monopól. Rozhodně to neznamená žádné chvění fyziky v základech. Dokonce ani nejsou první, kdo takovou věc vytvořili, velmi podobný objev byl publikován už v roce 2009.

Odpovědět


Odkaz

Jiri Vlacil,2014-01-30 14:22:05

Pane Halo, o tom co pripominate Osel take psal. Mozna jste si jen nevsimnul souvisejicich clanku: Napriklad "První přímý důkaz existence magnetického monopólu".

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace