Kvantově mechanické monopóly poprvé pozorovány v kvantovém poli  
Hon na částice magnetických monopólů zaznamenal další dílčí úspěch a nabírá na obrátkách.

 

Kvantově mechanický monopól. Kredit: Heikka Valja / Aalto University.
Kvantově mechanický monopól. Kredit: Heikka Valja / Aalto University.

Lov na monopóly se mezi fyziky stal legendárním a něco z toho se už dostalo i mezi udivenou veřejnost. Z částice s jedním magnetickým pólem se stal nefalšovaný svatý grál a její budoucí objev bude oslavován přinejmenším jako zničení zlovolných Hvězd smrti ve Hvězdných válkách. Do té doby musíme vzít za vděk dílčími objevy, které ale také rozhodně stojí za to.

Mikko Möttönen. Kredit: Aalto University.
Mikko Möttönen. Kredit: Aalto University.

Takový je i výzkum týmu, který vedl Mikko Möttönen z finské Aaltovy Univerzity. Vůbec poprvé pozorovali bodové kvantově-mechanické monopóly v kvantovém poli a plni zážitků o tom sepsali článek pro časopis Science. Möttönenův tým uskutečnil experiment, v němž si hráli s plynem z atomů rubidia, vytvořeným v nemagnetickém stavu za teploty blízké absolutní nule. Badatelé za těchto extrémních podmínek dokázali vytvořit monopól v kvantově mechanickém poli, které popisuje rubidiový plyn.

Magnetické monopóly nelze vyrobit přepůlením obyčejného magnetu. Kredit: Sbyrnes321 / Wikimedia Commons
Magnetické monopóly nelze vyrobit přepůlením obyčejného magnetu. Kredit: Sbyrnes321 / Wikimedia Commons

Podle Möttönenena se jim v tomto poli povedlo vytvořit strukturu, která připomíná částici magnetického monopólu, tak jak ji předpovídají teorie částicové fyziky. Möttönenovi a spol. se už dřív podařilo pomocí rubidiového plynu pozorovat strukturu podobnou monopólu v syntetickém magnetickém poli, ale až teď ulovili monopól v kvantovém poli popisujícím samotný plyn. Doopravdový magnetický monopól to sice ještě není, ale Möttönen i tak neskrývá nadšení. 

Vědci dosáhli úspěchu především zdatnou manipulací s magnetickými poli, která musela být stabilní, i když jejich velikost dosahovala jen zlomek magnetického pole Země.

Logo Aalto university.
Logo Aalto university.

Největší výzvou pro ně prý bylo připravit ultrachladný rubidiový plyn za velmi jemně vyladěných podmínek. Pozorování monopólů přitom mohl zhatit i pohyb s nějakými kovovými předměty anebo kolísání elektrické sítě v dosahu experimentu. 

Pozorování kvantově mechanických monopólů představuje významný krok ve výzkumu kvantových záležitostí. Pomůže k pochopení struktury magnetických monopólů a dalších pozoruhodných topologických entit, které se objevují v modelech popisujících ranný vesmír, ale také ovlivňují vlastnosti rozmanitých materiálů, jako jsou třeba kovy. 

Jak už bylo řečeno, objev částice magnetického monopólu nás teprve čeká. Nicméně, pozorování Möttönenova týmu potvrzuje, že se v přírodě vyskytuje struktura kvantově mechanického monopólu. A tím také podporuje možnost, že magnetické monopóly doopravdy existují a že je tudíž má smysl hledat. 



Video:  Making Monopoles in the Lab. Kredit: Aalto Sci.

 



Literatura
Aalto University 30. 4. 2015, Science 348: 544-547, Wikipedia (Magnetic Monopole).

Datum: 04.05.2015
Tisk článku

Chemie pro čtyřletá gymnázia - 2.díl - Mareček Aleš, Honza Jaroslav
 
 
cena původní: 165 Kč
cena: 147 Kč
Chemie pro čtyřletá gymnázia - 2.díl
Mareček Aleš, Honza Jaroslav
Související články:

První přímý důkaz existence magnetického monopólu     Autor: Dagmar Gregorová (07.09.2009)
Přelomové pozorování magnetických monopólů ve kvantovém oblaku     Autor: Stanislav Mihulka (30.01.2014)



Diskuze:

Poznámka poučeného laika.

Jiří Kos,2015-05-05 22:32:26

Nejsem tedy nijak graduovaný ani ve fyzice ani v matematice, ale vždycky mi byla divná nesymetrie elektrických a magnetických jevů, když obojí představují dvě tváře téže elektromagnetické interakce. Ta nesymetrie spočívá právě v existenci oddělených kladných a záporných ELEKTRICKÝCH nábojů a na druhé straně neexistenci oddělených MAGNETICKÝCH nábojů (tj. právě těch proskribovaných monopólů). Pamatuji se, že jsem kdysi dávno (už nevím kdy a kde) četl pojednání o tomto problému z opačné strany. A sice, zda existuje elektrická analogie magnetu. Tehdy se tam hovořilo o ELEKTRETU, což měl být objekt, mající neoddělitelný kladný a záporný ELEKTRICKÝ pól. Nevím, jestli tento problém dneska ještě někdo někde řeší, když magnetické monopóly jsou pro fyziky stále zajímavé.

Odpovědět


Re: Poznámka poučeného laika.

Josef Hrncirik,2015-05-06 12:33:54

Matné rozpomínání se na svět idejí po cca 50 letech.
Elektret je trvalý dipól, vlastně makrodipól vzniklý makrouspořádáním trvalých dipólů, zafixovaných v tuhé fázi. Nemá volné náboje, a je to izolátor. Má jen měřitelný makrodipól schopný vyvolat zjevnou makroindukci. Lze ho totálně odstínit Faradayovou klecí, vybít se pochopitelně nedá, je to izolátor a dipóly jsou fixovány v prostoru. Roztavením se ztratí orientace a tím makrodipól. El. siločáry jsou u něj analogií magnetických u magnetu, i půlení má analogické efekty.
El. siločáry mají zdroj (náboj)a vychází ze zdroje (kolmo k povrchu zdroje) a vlastně nejsou uzavřené, jdou do nekonečna, vycházejí z + náboje. Magnetické siločáry mají zdroj (proud) a jsou uzavřené kružnice se středem v proudu, orientace je daná pravidlem nejspíše pravé ruky; rozhodně nejdou kolmo k proudu, ale jsou kolmé na směr proudu.
Tok el. siločar plochou je dán plochou uzavřeným nábojem a má znaménko.
El. pole je snad? pole zřídlové.
Tok siločar magnetických plochou ohraničenou závitem ? (tj. magnetický tok?) je dán součinem (minimální?) plochy uzavřené závitem a proudem v závitu. Znaménko je dané normálou k ploše a smyslem oběhu proudu v závitu nějakou rukou. Jedná se o pole vírové?
Více jsem toho nezažil a vlastně nepotřeboval.
Napravte prosím ev. nebezpečné bludy.

Odpovědět


Re: Re: Poznámka poučeného laika.

Jiří Kos,2015-05-06 13:11:03

Děkuji za vysvětlení, napravovat bludy si netroufám. Ovšem pořád je tady ta záhadná asymetrie elektrických a magnetických jevů. To by mne zajímalo.

Odpovědět


Re: Re: Re: Poznámka poučeného laika.

Jiří Kos,2015-05-06 13:16:33

Ještě mne napadlo: není ta asymetrie právě důsledkem zřídlového a vírového vektorového pole?

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Poznámka poučeného laika.

Josef Hrncirik,2015-05-06 14:37:46

Elektrické pole elektretu tj. vlastně makrodipólu (ev. dlouhého dipólu, ev. krátkého, ale dipól nulové výšky už není dipól) má siločáry stejného průběhu jako mag. pole makromagnetu, tj. vlastně válcové makrocívky (závitu), (proudové smyčky), malé proudová smyčky (nulová plocha ale už není smyčka); řekněme že rotující elekton je malá až nejmenší proudová smyčka, ale jaká je jeho nejmenší rychlost rotace? vytváří siločáry analogické různě dlouhému dipólu. Nejnižší dipól ? monopólový dipól neexistuje, mag. monopól? je snad? nekonečně velká smyčka, póly má nekonečně blízko u sebe, ale protože je nekonečná, tak jsou současně nekonečně daleko od sebe.
Je to dostatečně šílené?
Pochopitelně, že plochou uzavřený (zabalený) integrál el. pole kolem elektretu = 0, stejně jako suma nábojů jeho dipólů. Analogicky i mag. tok zabalenou cívkou, nebo magnetem. (Co se neruší je jen v ploše závitu) a proto to vešlo do definice ...
Monopól produkuje tok plochou která ho obaluje (plocha je protínána vždy směrem od zdroje. Vír (uzavření) má při vstupu a výstupu různé +-, toky se ruší, tj. monopól ani monopol na směr nejsou a nebudou.
Nejsem si jist zda by mě nevyhodili od maturity, kdybych řekl, že vírové mag. pole je formálně složeno ze dvou polí zřídlových monopólových polí, ale formální magnetické monopóly existují jen v té nekonečně velké smyčce, určitě ne v malém rotujícím náboji. Odpočinul jsem si kecáním a loučím se.
Smrt monopolům, mír chýším a zemljankám.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Poznámka poučeného laika.

Jiří Kos,2015-05-07 10:43:18

Bravo! Pošlete mi index, dneska to máte za jedna. Ačkoli mám pouze dva semestry na ČVUT v roce 1966 - 7, začínám v tom cítit "strašlivou symetrii" (William Blake).

Odpovědět


Re: Poznámka poučeného laika.

Josef Hrncirik,2015-05-06 20:12:11

Nepřekonatelná asymetrie je v dokonalé symetrii Coulombova zákona (střed-střed) a nejednoduché směrové závislosti magnetického působení (tj. až nepůsobení v určitém směru), tj. vlastně nemožnosti monopolního monopólu.
Věřím ve víry v polnostech, zanechávají zřetelné kruhy v obilninách.
Biot- Savarat je asi ekvivalentní neexistenci monopolu.
Věřím, že víry nevytvoří zdroj, natož Prazdroj.
O Prazdroj jsme definitivně a bez náhrady přišli.
To je nevyvratitelná reálná fyzika.

Odpovědět

antimonopólní monopól si matně

Josef Hrncirik,2015-05-04 20:28:37

vzpomíná, že v pojednání o magnetizmu (sešity pro přípravu borců na MFO) bylo tvrzeno a odvozeno, že magnetické jevy jsou jen důsledkem relativistické korekce sčítání rychlostí mezi pohybujícími se náboji (proudy) a pouhého Coulombova zákona.
Tím ale vznikl monopol Coulombova zákona vyhubivší monopóly preventivně a bez odvolání.
Není to náhodou něco proti něčemu?
Ostatně pól stejně nebyl zdrojem "siločar", byl jen místem kde se zdroje relativně nejvíc projevují, vlastně póly určovaly jen orientaci toho, co bylo vytvořeno proud(em) (y) ((a Coulombovým zákonem v interakci s relativitou)).
Jak vidno, stačí jen v pravý čas oprášit staré přípravy MFO.

Odpovědět


Re: antimonopólní monopól si matně

Milan V,2015-05-05 04:10:04

Vtip je v tom, rozlišit co je matematika (STR+Coulomb) a co fyzika (experiment).

Mimochodem, netuší někdo, co vlastně Möttönen našel?

Odpovědět


Re: Re: antimonopólní monopól si matně

Jiří Král,2015-05-07 00:11:37

No jestli to dobre chapu, tak Mottonen primo nenasel nic :) Popsal s kolegou teoreticky postup a ted ho nekdo jiny uvedl do praxe. Jde o to, ze magneticky monopol, ten co mel asi na mysli Dirac, by byla castice, nova castice. Nic takoveho se nenaslo.

V Bose-Einstein kondenzatu jde delat ruzne zajimave veci a jedna z nich je, ze jde castice usporadat tak, aby jakymsi zpusobem na urcite lokalite simulovali neco, co by vzdalene mohlo pripominat monopol. Vtip je v tom, ze ale nejde o stejne magneticke pole (fyzikalni velicinu), jako by mel pravy monopol, ale o pole trochu jine. Ac tvrdi, ze lze popsat analogickou sadou rovnic, porad je to neco jineho.

Odpovědět


Re: Re: Re: antimonopólní monopól si matně

Milan V,2015-05-07 02:46:50

Našel jsem nějaký článek o Mottovi z 2009, kde se o tom píše víc. http://phys.org/news/2009-07-physicists-method-dirac-monopoles.html

Magnetický monopól je vlastně švindl, je spojený s nekonečně tenkým vláknem vedoucím do nekonečna, kudy magnetické pole přitéká nebo odtéká.

Podobný efekt lze provozovat i při proudění kapalin:
Kdykoli se pohybuje elektrický náboj, vzniká uzavřená smyčka magnetického pole. Když rozvířím nestlačitelnou kapalinu, vzniknou uzavřené smyčky proudící kapaliny.

Takže to vypadá, že ten mamlas vyvolal v hodně drahé kapalině určitý tvar proudění a vydává to za monopól.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: antimonopólní monopól si matně

Josef Hrncirik,2015-05-07 07:02:33

Publish or perish.
Na rozdíl od smrtelníků bez zásoby hodně drahé kapaliny a nekonečně dlouhých nekonečně suprmagneticky supravodivých ultmikronánovláken má vysoce impaktovanou publikaci a zajištěné citace. Navrhoval jsem, aby se impakt dělil částkou na odpisy přístrojů. To prý ale nejde, protože nikdo nemá peníze aby mohl něco odpisovat, např. já nemám žádné přístroje ani prachy na pronájem a navíc prý hrozí masivní devaluace.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: antimonopólní monopól si matně

Jiří Kos,2015-05-07 10:59:43

A propos: publish or perish. Vzpomínám si, že před řadou let byla ve Vesmíru rozvleklá diskuze na toto téma. Z celé diskuze, která byla plodná, ale nikam nevedla, byl nejzajímavější a nejvýstižnější kreslený vtip. V pozadí se vášnivě dohadovali dva postarší rozcuchaní vědátoři a v popředí jedna matróna povídá té druhé: "A co ten váš? Ještě souloží nebo už jenom publikuje?" Přeji hezký den.

Odpovědět

A co na to antimonopolní úřad?

Jiří Kos,2015-05-04 17:46:21

Odpovědět


Re: A co na to antimonopolní úřad?

Milan Forejt,2015-05-04 18:36:31

:) to se povedlo :) taky mi to proběhlo hlavou.... je vidět, jak jsme televizí zmasírovaní a jak námzačíná uvažovat mozek.... ale asmál jsme se diky.

Odpovědět


Re: A co na to antimonopolní úřad?

Milan K,2015-05-05 11:47:19

:-)

Jinak tedy chápat takovéto záležitosti "uzavřeně" by se mi nedařilo.
Naštěstí pro mě věřím v prostorově nekonečný Vermír, ve kterém (logicky) existuje úplně všechno.
I nepruhovaná šestinohá zebra, tvrdě a za nízkou gáži pracující na antimonopólním úřadě.

Děkuji za článek.

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