Monopol magnètic

Archiu:CuttingABarMagnet.svg

Monopol magnètic

Archiu:Luis Alvarez with a magnetic monopole detector.jpg

El físic Luis Walter Alvarez en un detector de monopols magnètics (abril de 1969)

Un monopol magnètic és una partícula elemental hipotètica constituïda per un sol pol magnètic. D'existir en la naturalea, seria l'equivalent a una "càrrega magnètica" en el camp magnètic, tal i com ocorre en la càrrega elèctrica en el cas del camp elèctric.

L'hipòtesis clàssica és que un camp magnètic té sempre associats dos pols magnètics —cridats nort i sur respectivament—, de la mateixa manera que un iman. Aixina, si es talla un iman en dos parts, cada una tindrà a la seua volta dos pols magnètics. Per lo tant, en la teoria clàssica no s'accepta l'existència dels monopols magnètics. No obstant, l'idea del seu descobriment està prenent força i intriga a molts científics.

L'existència de monopols magnètics va ser formulada per Paul Dirac en 1931, qui no acceptava l'aparent asimetria que mostraven les equacions de Maxwell —les equacions que rigen tots els fenomens electromagnètics—. En introduir en estes equacions l'existència dels monopols magnètics estes mostrarien una simetria en l'interacció entre el camp elèctric i el camp magnètic, que dona lloc al camp electromagnètic.

Si ben cap experiment ha conseguit demostrar l'existència d'un monopol magnètic, en els últims anys s'han publicat experiments que treballen en eixa llínea. Per eixemple, se sap que alguns sistemes de matèria condensada contenen cuasipartículas que es comportarien com a monopols magnètics no aïllats (2008), o es manifesten fenomens en una descripció matemàtica anàloga a la dels monopols magnètics (2014).

Definició

Un monopol magnètic és una partícula que té únicament un pol magnètic (nort o sur). Teòricament, res impediria l'existència del monopol magnètic; inclús, la seua existència es fa necessària en algunes teories de l'orige del Univers. Fins fa poc tots els intents de crear un monopol magnètic en acceleradors de partícules havien fracassat. No obstant recents experiments portats a terme per un equip del Amherst College (EE. UU.) i l'Universitat de Aalto (Finlàndia) han donat lloc a la creació en laboratori del primer monopol magnètic sintètic del món.

Equacions de Maxwell

Segons la teoria electromagnètica de Maxwell, els monopols magnètics no existixen. Aplicant la llei de Gauss als camps magnètics s'obté:

$\oint \overrightarrow{B}(\overrightarrow{r})\cdot d\overrightarrow{S}=0$

$\mathrm{\nabla }\cdot \overrightarrow{B}=0$

Esta equació indica que les llínees dels camps magnètics deuen ser tancades. Açò expressa que sobre una superfície tancada, siga com siga esta, no serem capaces de tancar una font o sumidero de camp. Per lo que una suposta partícula que emet un camp magnètic B dins d'una superfície tancada, té un fluix magnètic a través d'eixa superfície igual a zero ya que entren en eixa superfície tantes llínees de camp magnètic com ixen per la presència de dipols magnètics.

Aixina que, açò expressa la no existència del monopol magnètic. Si en algun moment es demostra que esta integral té un valor distint de zero, es demostrarà l'existència de monopols magnètics, i la Llei de Gauss per al camp magnètic deuria modificar-se per a adoptar la forma:

$\mathrm{\nabla }\cdot \overrightarrow{B}={\rho }_m$

a on ${\rho }_m$ correspondria a la densitat de monopols magnètics. Esta densitat de càrrega du aparellada una densitat de corrent ${\overrightarrow{J}}_m$, la qual obliga a modificar la llei de Faraday, que passaria a escriure's com

$\mathrm{\nabla }\times \overrightarrow{E}=-\frac{\partial \overrightarrow{B}}{\partial t}-{\mu }_0{\overrightarrow{J}}_m$

Aixina mateix, caldria ampliar l'expressió de la Llei de Força de Lorentz, per a incloure la força sobre càrregues magnètiques

$\overrightarrow{F}=q(\overrightarrow{E}+\overrightarrow{v}\times \overrightarrow{B})+q_m(\overrightarrow{H}-\overrightarrow{v}\times \overrightarrow{D})$

en $\overrightarrow{H}=\overrightarrow{B}/{\mu }_0$ i $\overrightarrow{D}={\epsilon }_0\overrightarrow{E}$ el camp magnètic i el desplaçament elèctric en el buit.

Vore també

• Equacions de Maxwell
• Dipol magnètic
• Camp magnètic
• Camp elèctric
• Camp electromagnètic