Il monopolo magnetico esiste: confermate le ipotesi di Dirac!

[Red Hanuman]

Uno studio coordinato dall'Amherst College (USA) ha rilevato per la prima volta le tracce dell'esistenza di una particella con un solo polo magnetico. Dirac ne teorizzò l'esistenza nel 1931. Questa scoperta dà vigore alla teoria delle stringhe, secondo cui i costituenti primari della materia sono stringhe monodimensionali.


Utilizzando un "condensato di Bose-Einstein", gli scienziati hanno rilevato gli affetti prodotti dal monopolo sullo spazio circostante.


Articoli in inglese QUI (http://www.sciencedaily.com/releases/2014/01/140129164807.htm) e QUI (http://www.csc.fi/english/csc/news/news/magnetic_monopole). Appena posso, ne traduco uno...;)

[Beppe]

Da quello che sono riuscito a capire è che è stato creato artificialmente come quasi-particella e che sarebbe fortemente instabile...
Anche se esistesse in natura, il monopolo dovrebbe essere molto raro e molto energico.

[Red Hanuman]

Eccovi la traduzione.... 'Na faticaccia!
Parte 1

I fisici creano monopoli magnetici artificiali in laboratorio


Sommario: I ricercatori hanno creato e fotografato monopoli magnetici sintetizzati in condizioni di laboratorio. Lo sviluppo pone le basi per la struttura sottostante del monopolo magnetico naturale - la cui rilevazione sarebbe un evento rivoluzionario paragonabile alla scoperta dell'elettrone.


Gli scienziati dell’Amherst College e dell’Aalto University hanno creato e fotografato monopoli magnetici sintetizzati in condizioni di laboratorio. Queste osservazioni pongono le basi per la comprensione della struttura sottostante del monopolo magnetico naturale - la cui rilevazione sarebbe un evento rivoluzionario paragonabile alla scoperta dell'elettrone.
I risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Nature.
Sebbene previsto oltre 80 anni fa, la configurazione fondamentalmente quanto - meccanica dei monopoli non è mai stata precedentemente osservata in alcun sistema fisico. I risultati riportati ne mostrano la struttura in un gas atomico ultrafreddo.
"La creazione di un monopolo magnetico artificiale dovrebbe fornirci una comprensione senza precedenti delle proprietà del monopolo naturale", dice il Prof. David S. Hall dell’Amherst College, USA. "Non capita tutti i giorni di colpire e stuzzicare l'analogo di una particella fondamentale sfuggente in condizioni altamente controllate di laboratorio", continua.
Gli indizi dell’esistenza dei monopoli magnetici sono stati ricercati in fonti diverse come campioni lunari e miche molto vecchie. Anche l’acceleratore di particelle LHC del CERN è stato utilizzato nella ricerca, ma i monopoli magnetici non sono stati identificati in modo convincente. La scoperta del monopolo artificiale fornisce una base più forte per continuare in questi sforzi.
"Il nostro risultato apre nuove e incredibili vie per la ricerca quantistica. Ancora non riesco a credere di aver fatto parte di un tale importante passo avanti", commenta compiaciuto il dottor Mikko Möttönen dell’Aalto University, in Finlandia. "La sintesi del monopolo è il punto di partenza per molte nuove scoperte nel campo della ricerca della fisica quantistica. In futuro, vogliamo ottenere anche una corrispondenza più completa con il monopolo magnetico naturale", continua.
Un monopolo magnetico è una particella simile all’elettrone, ma con una carica magnetica piuttosto che elettrica. Circa 80 anni fa, Paul A.M. Dirac, uno dei fondatori della fisica quantistica, teorizzò una struttura di meccanica quantistica che permetteva l'esistenza di monopoli magnetici. Il quadro originale di Dirac è stato ora realizzato sperimentalmente per la prima volta.


Video sulla creazione monopolo:
http://youtube.com/watch?v=HSDoIf5FY2s

Concetti di fondo


Monopolo magnetico


"Un monopolo magnetico è un polo magnetico isolato, magneticamente carico, e una fonte puntiforme di campo magnetico."
Un elettrone è una particella puntiforme che porta una cosiddetta carica elettrica elementare. Ciò significa che un elettrone è una fonte isolata di campo elettrico. Un campo magnetico può avere una sorgente puntiforme simile?
Ognuno di noi ha certamente tenuto due barre magnetiche tra le mani e avrà notato che le loro estremità si attraggono o si respingono l'un l'altra. Le estremità del magnete sono indicate come poli ed ogni magnete ha un'estremità che è un polo nord e una che è un polo sud. Un polo nord magnetico attrae un polo sud magnetico, ma respinge un altro polo nord. In generale, i poli opposti si attraggono e poli uguali si respingono. A questo proposito, il magnetismo è molto simile alle cariche elettriche, che presenta lo stesso comportamento di attrazione e di repulsione delle cariche elettriche positive e negative.
Se si spezza una barra magnetica, vengono create due barre magnetiche più piccole, ognuna con il proprio polo nord e sud. È possibile suddividere ciascuno di tali magneti più piccoli in due, e così via, e ogni magnete risultante ha un polo nord e un polo sud. Anche a livello atomico i poli nord e sud appaiono sempre insieme. E’impossibile produrre in questo modo un polo solitario, o monopolo, che agisca come una singola sorgente puntiforme di campo magnetico.
Ci sono altri modi per trovare i monopoli magnetici? Finora, non un è stato osservato un singolo e verificabile monopolo magnetico naturale. Questo è stato inizialmente considerato un problema, perché i modelli teorici che descrivono il periodo post-Big-Bang prevedono che dovrebbero essere abbastanza comuni. Tuttavia, un modello speciale dell'espansione dell'universo è stato sviluppato per spiegare l'estrema rarità di queste particelle.
Secondo alcune teorie, il contenuto di energia (massa) di un singolo monopolo magnetico è così grande che, se fosse completamente utilizzato per ricaricare la batteria di una macchina elettrica, questo veicolo sarebbe in grado di viaggiare per chilometri. Questo spiegherebbe perché i monopoli magnetici probabilmente non ancora apparsi in un acceleratore di particelle. Se la massa di un monopolo magnetico fosse davvero così grande, l'energia rilasciata dalla collisione di un monopolo carico negativamente e di uno carico positivamente sarebbe pari a quella rilasciata nell'esplosione di un chilogrammo di dinamite!


Monopolo di Dirac

"Un monopolo Dirac è una sorgente puntiforme di un campo magnetico (eventualmente artificiale) che si forma alla chiusura di un vortice quantico."
In meccanica quantistica, un elettrone è descritto meglio da un’onda diffusa piuttosto che da una particella puntiforme. Paul Dirac è stato il primo a capire l'importanza di studiare le chiusure dei vortici quantistici all'interno di queste onde elettroniche. Ha notato che quando un elettrone ha un vortice in chiusura, un monopolo magnetico si costituisce inevitabilmente. Un vortice in chiusura è in collegamento caratteristico con un monopolo di Dirac.
Dirac ha anche notato che se l'universo contiene anche un solo monopolo magnetico, esso determina il valore minimo possibile per una carica elettrica. Tutte le cariche osservate devono essere multipli interi di questo valore minimo, in altre parole, la carica deve essere quantizzata. L'esistenza di un monopolo pertanto spiegherebbe l'osservazione sperimentale che la carica elettrica è quantizzata.
I monopoli di Dirac sono generalmente analizzati in modelli quanto-meccanici abbastanza semplici. I monopoli magnetici sono anche stati studiati in modo più generale, tramite le cosiddette teorie di campo unificato, in cui potrebbero esistere in assenza della chiusura di un vortice.

[Red Hanuman]

Parte 2

Campo magnetico artificiale


"Un campo magnetico artificiale è un campo costruito in modo tale da mostrare una dinamica delle particelle equivalente a quella di una carica elettrica in un corrispondente campo magnetico naturale."
Gli elettroni non sono gli unici sistemi fisici che possono esibire vortici chiusi. Così un monopolo Dirac può apparire anche in altri sistemi, come il condensato di Bose-Einstein. Invece di essere legato al campo magnetico naturale, questo monopolo può essere associato a un campo magnetico artificiale. È importante sottolineare che la struttura del monopolo è identica a quella di un monopolo magnetico di Dirac. Questo è il motivo per cui il monopolo Dirac osservato nel campo magnetico artificiale è praticamente identico ad un monopolo magnetico naturale di qualsiasi osservazione precedente.


Spin


"Grossolanamente, lo spin indica quanto velocemente una particella ruota attorno al proprio asse e l'orientamento di tale asse."
Lo spin è una proprietà magnetica di molte particelle, tra cui elettroni, protoni, neutroni, e anche molti tipi di atomi. Ad esempio, lo spin dell'elettrone è composto di due stati di base: su o giù. Di fatto, lo spin indica se l'elettrone è in rotazione attorno al proprio asse in senso orario o antiorario.
Una particella con spin diverso da zero crea un campo magnetico attorno ad essa. Tuttavia, questo campo non è un monopolo; ma si tratta di un cosiddetto campo di dipolo con poli nord e sud magnetici, proprio come una barra magnetica. Anche questi piccoli magneti non possono essere suddivisi in due monopoli magnetici separati.
Se le osserviamo da vicino, le barre magnetiche sono composte da innumerevoli piccoli dipoli di spin, quasi tutti puntati nella stessa direzione. Se si sovrappongono poli di segno diverso, si annullano l’un l’altro, e quindi il campo di una barra magnetica ideale sembra come se avesse poli magnetici soltanto alle sue estremità.
Considerato che gli spin tendono ad allinearsi secondo le linee di un campo magnetico applicato esternamente, questa può essere la chiave per creare un monopolo magnetico artificiale.


Sintesi di un monopolo


"Un monopolo viene creato in un condensato Bose-Einstein utilizzando un campo magnetico esterno che ordini gli spin degli atomi formanti il condensato."
Nel 2009, i ricercatori dell'Università Aalto Ville Pietilà e Mikko Möttönen pubblicarono i risultati di uno studio teorico che svelava un metodo per creare monopoli di Dirac in un condensato di Bose-Einstein. L'idea è di usare dei campi magnetici esterni per ruotare gli spin atomici. Il monopolo di Dirac si forma nel condensato a causa della rotazione dello spin. Questo metodo è stato adottato dai ricercatori nella creazione del monopolo magnetico artificiale.
Il monopolo Dirac si forma nel campo magnetico artificiale del condensato, non nel campo magnetico fisico che governa il grado di libertà di rotazione. Così, non è necessario un monopolo magnetico naturale per creare un monopolo artificiale.


Il condensato di Bose-Einstein


"Un condensato di Bose-Einstein si comporta come un singolo atomo gigante, anche se ne può contenere milioni."
Un condensato di Bose-Einstein è talvolta considerato il quinto stato della materia, oltre a solido, liquido, gas e plasma. Nel condensato, l'importanza e la posizione dei singoli atomi diventa vaga e il sistema si comporta come se fosse un unico grande atomo. I primi condensati di Bose-Einstein sono stati ottenuti nel 1995, e questo lavoro ha ricevuto il Premio Nobel nel 2001.
"I condensati di Bose-Einstein forniscono una finestra che dà dal nostro mondo al paese delle meraviglie quantico. Quanto più spesso posso sbirciare, tanto più voglio restare lì", dice estasiato il Dott. Möttönen. Poiché condensati di Bose-Einstein contengono molti atomi, una loro fotografia può essere eseguita con tecnologie che sono in parte simili a quelle utilizzate nelle fotocamere digitali ordinarie. Inoltre, i condensati possono essere forzati nella forma desiderata mediante campi magnetici esterni e raggi laser. Queste caratteristiche rendono i condensati uno strumento unico per far emergere nuovi fenomeni e tecnologie quantistiche. Oltre ad essere utilizzati con i monopoli magnetici, i condensati possono simulare le proprietà di vari materiali utili come se fossero un singolo atomo. Uno dei sogni nel cassetto degli scienziati che studiano i condensati consiste nel trovare una soluzione per lo sviluppo di materiali superconduttori che funzionino a temperatura ambiente.


Cosa diavolo è la fisica quantistica?


"La fisica quantistica descrive i fenomeni naturali nel modo più accurato."
La fisica quantistica (o meccanica quantistica) è la teoria, sviluppata nel corso degli ultimi 100 anni, che è riuscita a descrivere la realtà nel miglior modo possibile rispetto a qualsiasi altro modello. È particolarmente utile per spiegare fenomeni a livello atomico, cosa impossibile utilizzando la fisica classica. D'altra parte, la fisica quantistica riproduce gli stessi risultati della fisica classica su larga scala.
In meccanica quantistica, un elettrone può assumere proprietà ondulatorie e a volte apparire più come un oggetto esteso che come una particella puntiforme. E 'questa proprietà di estensione, che è condivisa nei condensati di Bose-Einstein, che permette l'osservazione dei vortici quantistici essenziali per rilevare l'effetto del monopolo magnetico.
Le tecnologie quantistiche utilizzano le leggi della fisica quantistica per superare le limitazioni classiche e produrre applicazioni pratiche. Ad esempio, lo sviluppo di un computer quantistico – un elaboratore potenzialmente super veloce - è uno degli obiettivi principali delle tecnologie quantistiche. Un computer quantistico sarebbe in grado di trovare la soluzione di alcuni problemi molto rapidamente, utilizzando metodi che sono impossibili nel quadro logico di un normale computer.
"Le leggi della fisica quantistica permettono di prendere scorciatoie. Al di là di ogni altra cosa, questa è la base della velocità super di un computer quantistico", spiega Möttönen.


Obbiettivi futuri

In futuro, i gruppi di ricerca si concentreranno su una ricerca più approfondita nella struttura di un monopolo magnetico artificiale. Sono anche interessati alle dinamiche dei monopoli e le loro interazioni con le altre particelle artificiali. Un'idea interessante riguarda il tentativo di creare un monopolo non associato ad un vortice, diversamente dal monopolo di Dirac. Questo tipo di struttura potrebbe descrivere un monopolo magnetico naturale ancora più in dettaglio.

[Beppe]

In pratica è il congelamento di spin intorno allo zero Kelvin di un condensato che si "comporterebbe" come un monopolo. Però non capisco come appare in pratica... Poi non sarà un po' presto per cantare vittoria?

[Red Hanuman]

In pratica è il congelamento di spin intorno allo zero Kelvin di un condensato che si "comporterebbe" come un monopolo. Però non capisco come appare in pratica... Poi non sarà un po' presto per cantare vittoria?

Dai un'occhiata al video....


http://www.youtube.com/watch?v=HSDoIf5FY2s

Per il resto, il monopolo ricavato è equivalente ad uno naturale. Se non si fosse riusciti ad ottenerlo, non potrebbe esistere nemmeno quello naturale, quindi.... ;)

[garmau]

Basta la traduzione per meritarti un encomio.

inviato dal cellulare

[Beppe]

Per il resto, il monopolo ricavato è equivalente ad uno naturale. Se non si fosse riusciti ad ottenerlo, non potrebbe esistere nemmeno quello naturale, quindi.... ;)

Grazie Red, il ragionamento non fa una piega... ;)

[Valerio Ricciardi]

Io il condensato che sapevo gestirmi meglio, in viaggio, era quello Nestlé per poter macchiare e addolcire ad un tempo il Nesca... :oops: