» »

Odkrili magnetni 'monopol'

Odkrili magnetni 'monopol'

Nature - Raziskovalci z Amherst Collegea v Massachusettsu so ustvarili izoliran severni magnetni pol ali monopol. Uporabili so približno milijon ultrahladnih rubidijevih atomov s temperaturo nekaj deset nanokelvinov, s katerimi so simulirali magnetni monopol. Članek je bil danes objavljen v Nature.

Med magnetnim in električnim nabojem je nenavadna razlika, ki jo poučujemo že v srednjih šolah. Če magnet razlomimo, ne dobimo severnega in južnega magnetnega pola (ali monopola), ampak dva magneta z obema poloma. Električni naboj po drugi strani lahko ločimo, saj atomu zlahka odkrhnemo elektron in govorimo o pozitivnih in negativnih električnih nabojih. Ta asimetrija med električnim in magnetnim poljem ni elegantna, zato se postavlja vprašanja. Ali obstajajo magnetni monopoli?

V fiziki ni nobenega fundamentalnega razloga, zakaj magnetni monopoli ne bi mogli obstajati, razen preprostega dejstva, da jih pač še nismo opazili. Paul Dirac se je zato že leta 1931 vprašal, ali je to nujno tako in predvidel obstoj magnetnih monopolov. (Dirac je bil zelo zanimiv možakar.) Do danes jih še nismo odkrili, čeprav imamo nekaj dobrih poizkusov in indicev. Bi pa magnetni monopoli pojasnili nekaj fenomenov, med drugim zakaj je električni naboj kvantiziran. Tudi nekatere teorije vesolja predvidevajo, da je takoj po velikem poku nastalo veliko magnetnih monopolov, pri čemer ni nikomur jasno, kam bi bili lahko šli. Vesolje je seveda veliko in mogoče je, da so tako redki, da jih v naši okolici pač (skoraj) ni.

So torej Američani našli izgubljeni delec, fizikalni sveti gral, magnetni monopol? Pravzaprav ne čisto. Namesto da bi ga poiskali, kar neuspešno počno tudi številni drugi že dolga desetletja, so ga simulirali. Kvantne simulacije delujejo podobno kot simulacije v računalnikih, le da imamo opraviti z zelo hladnimi atomi. Raziskovalci so vzeli približno milijon rubidijevih atomov in jih ohladili na 100 nK. Pri tako nizki temperaturi dobimo posebno stanje snovi, ki mu pravimo Bose-Einsteinov kondenzat. V tem stanju skoraj vsi bozoni zasedejo isto kvantno stanje, zaradi česar so kvantni efekti vidni tudi na makroskopskem nivoju.

Raziskovalci so postopali približno takole. Ohlajeno množico rubidijevih atomov v Bose-Einsteinovem kondenzatu so izpostavili zaporedju ustrezno spreminjajočega zunanjega magnetnega polja. Teoretični izračuni so namreč kazali, da bi na ta način lahko ustvarili sintetični magnetni monopol, saj magnetnega polja ne ustvarjajo spini sami po sebi, ampak njihova vrtinčnost (vorticity). To je jim je tudi uspelo, in na robovih majhnih vrtincev v kondenzatu so našli magnetne monopole. Pri tem je treba poudariti, da ne gre za klasične monopole, saj igla kompasa ne bi kazala proti njim; dovolj je bilo, da sistem opisujejo iste enačbe, kot bi magnetni monopol. Zato govorimo o kvantni simulaciji.

Če povzamemo. Delcev, ki so magnetni monopoli (torej magnetnega ekvivalenta elektrona), niso našli. Ustvarili so kvantni sistem, ki se vede enako, kot bi se Diracov magnetni monopol. Na ta način so dokazali Diracova predvidevanja in dali nov veter v jadra iskanju dejanskega magnetnega monopola.

Seveda to ni prvikrat, ko se pogovarjamo o magnetnih monopolih. Že leta 2009 so znanstveniki opazili nekaj podobnega magnetnim monopolom v kristaliničnem materialu pri skoraj absolutni ničli, a jih niso mogli študirati posamezno. Tedaj je bilo mnenje znanstvene srenje še nekoliko bolj skeptično, kot je to pot.

20 komentarjev

Brane22 ::

Ampak če jaz prav razumem, se magnetno polje manifestira kot krožeče električno polje.


Čim imam električno polje, imam razliko dveh nabojev. In če tako polje zavrtim in ti efekti vrtenja ustvarijo megnetne efekte, je jasno da bo zaradi rotacijskih simetrij in antisimetrij to imelo dve polovici.

Po kakšnem receptu bi lahko vrtel električnbo polje in ustvaril en pol brez drugega ?

71GA ::

@Brane tako so tebe naučili ampak a si kdaj pomislil, da so te narobe naučili ker še niso vedeli prave razlage ;) ITak ničemur ne moremo verjet 100%.

filip007 ::

Ali pa homopolar, to je pač prihodnost, še nismo tam.
Plejstejšon.

Brane22 ::

Ali pa homopolar, to je pač prihodnost, še nismo tam.


Mogoče bi LGBT community lahko bolj pritisnila na Putina ?

71GA je izjavil:

@Brane tako so tebe naučili ampak a si kdaj pomislil, da so te narobe naučili ker še niso vedeli prave razlage ;) ITak ničemur ne moremo verjet 100%.


Sem. Samo nisem slišal, da bi kdo to naglas rekel. Torej ali je ali ni magnetno polje samo rotirajoče električno ?
In kje je razlika ?

Saj če se prav spomnim, sem nekje brazl, da so pri določenih eksperimentih točno tako ubrali bližnjico in so, kjer jim je to ustrezalo, magnetno olje ustvarili z vrtečim se kondenzatorjem.

Zgodovina sprememb…

  • spremenilo: Brane22 ()

bMozart ::

z oljem si rabiš črko p podmazat :)

"In kje je razlika ?"
V veliko veliko večjih gostotah.
I NEED The Point of View Gun effectible on girls too! And then...

Brane22 ::

V veliko veliko večjih gostotah.


Ampak to nima na samo razlago fenomena nobenega vpliva.

Ali hočeš reč, da ob rotaciji električnega polja narava generira magnetnega v nekakšnem "limp modeu" ?

moi ::

Zanimiv clanek, hvala.
sedaj so si se magneti zrihtali monopol, ne samo slovenska podjetja... :D
oh no its alive

Brane22 ::

@moi:

magneti.si

Yossarian ::

Mislim, da je to odkril že Sheldon.
Nikoli se ne prepiraj z idiotom, ker te bo potegnil
dol na svoj nivo in te premagal s svojimi izkušnjami.

boogie_xlr ::

To sem videl v eni risanki, kjer so takšni monopoli v velikosti krompirja deževali z neba.

RuskiCar ::

boogie_xlr je izjavil:

To sem videl v eni risanki, kjer so takšni monopoli v velikosti krompirja deževali z neba.

Se spomnis imena risanke?

Maestral ::

moi je izjavil:

Zanimiv clanek, hvala.
sedaj so si se magneti zrihtali monopol, ne samo slovenska podjetja... :D

Ja, hvala za posredovanje.

Haha, niti "monopol" ne bo nikoli več res samo to, kar je bil...

Ok, magnetni monopol je še vedno fizikalna fantastika, je bil sicer že ugotovljen v snovi (izkaz lastnosti magnetnih domen sredi analizirane materialne strukture), kot samostojen objekt oz. fizikalni pojav pa seveda (za zdaj) še ni mogoč. Nikoli definiran, izmerjen, ipd.

Če obstaja, bo treba modificirati elektrotehniko/elektrodinamiko čisto na novo.

V redu, rabimo dokaz, pa gremo naprej.
Torej, dokaz, ne pa nekih kvazi idej in vprašljivih simulacij...

MrStein ::

Ta asimetrija med električnim in magnetnim poljem ni elegantna, zato se postavlja vprašanja. Ali obstajajo magnetni monopoli?

To malo čudno zgleda.
Teštiram če delaž - umlaut dela: ä ?

Yggdrasil ::

Brane22 je izjavil:

Ampak če jaz prav razumem, se magnetno polje manifestira kot krožeče električno polje.


Čim imam električno polje, imam razliko dveh nabojev. In če tako polje zavrtim in ti efekti vrtenja ustvarijo megnetne efekte, je jasno da bo zaradi rotacijskih simetrij in antisimetrij to imelo dve polovici.

Po kakšnem receptu bi lahko vrtel električnbo polje in ustvaril en pol brez drugega ?


Ni se ti treba "truditi" z vrtenjem el. polja, da dobiš magnetno polje, samo z glavo malo pokimaj levo desno pa ga imaš. Električno in magnetno polje je ena fizikalna entiteta, in sicer vektorske narave (pod delovanjem Lorentzove grupe).

Vprašanje tule po drugi strani, zakaj ni magnetnih naboje, če električni so. To, o čemer govori prispevek je jasno "fake thing", kar tipično (stalno?) počne tabloid, ki sliši na ime Nature (kvantni računalniki, negativne temperature ipd.). Zakaj sploh niti komplicirajo s nekimi super-duper materjali, če pač lahko vzameš le dolgo in ozko tuljavo in "se vsedeš" na en konec. Pa imaš magnetni monopol.


Če obstaja, bo treba modificirati elektrotehniko/elektrodinamiko čisto na novo.


Ah, kjer. Magnetni monopoli se ne tepejo z ničemer v fiziki. Čudno je pravzaprav, da jih ne opazimo.
Možno je, da kreko izven energije domene zdajšnje ekperimentalne fizike. Že slavna ikona fizike, Dirac, je ugotovil, da magnetni monopoli implicirajo kvantizacijo el. naboja (eksperimentalno potrjeno). Ok, tule gre sicer implikacija v napačno smer. Vendar je treba vedeti, da domala vse teorije velikega poenotenja, v katerih je kvantizacija el. naboja manifestna, predvidevajo tudi magnetni naboj. Pod črto, magnetni monopoli so v popolni konsistenci z fizikalnimi zakonistimi. Prvih sicer nismo eks. našli, druge pa preverjamo uspešno že več stoletij (ajde, kvantno teorijo polja ter teorijo gravitacije 100 let nekje). Mogoče je problem, da je masa magnetnega monopola pač "beyond scope" - podobna situacija kot se je nedavno primerila pri iskanju kvanta Higgsovega polja: če ne bi nikoli zgradilu dobolj močnega pospeševalnika bi Higgs bil "znanstvena fantastika", čeprav je bila njegova vloga (in do neke mere nujnost), predvidna že pred štirimi desetletji.

Rias Gremory ::

Ima kdo kaj več podatkov kako potekajo take simulacije? Programski jezik?
Stop war, fund cat girls
Glorious PC gaming master race https://www.reddit.com/r/pcmasterrace/

Yggdrasil ::

Izgleda si slabo prebral za kaj se gre. Govora je o t.i. kvantnih simulatorjih, ki pomenijo navadno določene eksperimentalne tehnike s hladnimi atomi. Na primer, s primerno interferenco laserskih curkov lahko preko dipolne sklopive dosežeš, da se atomi ujemejo v potencialno rešetko, da na vsako mesto odpade po en atom. S tem s resnici napraviš umeten kristal (v resnici še bolje, kjer načeloma nimaš nečistoč). S primernimi mehanizmi se da kontrolirati interakcije med atomi in tako napraviti nekakšne simulatorje za naketere modele v fiziki kondenzirane snovi. Denajko lahko simuliraš tako nizke temperature (za ohlanjanje so zopet posebni protokoli) da pride do faznega prehoda v makroskopsko kvantno stanje, ki se mu reče Bose-Einsteinov kondenzat (tedaj je večina bozonskih prostostnih stopenj v najnižjem energijskem stanju).

Pavšalno rečeno je to najboljši simulator kvatnih sistemov (nekaterih), kar ga premoremo. Ni ga boljše simulatorja nekega modela, kot da model densko sestaviš in poženeš. :P

Brane22 ::

Yggdrasil je izjavil:


Ni se ti treba "truditi" z vrtenjem el. polja, da dobiš magnetno polje, samo z glavo malo pokimaj levo desno pa ga imaš. Električno in magnetno polje je ena fizikalna entiteta, in sicer vektorske narave (pod delovanjem Lorentzove grupe).


Moje vprašanje je kako moram "pokimati z glavo" da električno polje vidim ne kot magnetno ampak kot magnetni monopol.

Kakršnikoli manevri mi padejo na pamet, vedno so nekako simetrični. Če vidim nekje en pol, bom drugje videl drugega.

Yggdrasil ::

Ne moreš. Seveda ne trdim, da lahko.
Kot pravim, rabil bi magnetni naboj. Oglej si npr. kar enačbe klasične elektordinamike,
a.k.a Maxwellove enačbe polja. Če nimaš nabojev so enačbe simetične na zamenjavo električnega
in magnetnega polja. Dejstvo, da imaš polje z izvori moraš dati na roko notri - dodaš gostoto naboja v divergenčni člen. Ampak samo pri el. naboju. Torej monopol na roko vržeš notri, ker obstojili elementarne prostostne stopnje, ki ga naboj nosijo. Po drugi stani imaš v kvantni teoriji polja (standarni model) el. naboj opisan kot t.i. U(1) naboj, s čimer pove stukturo pripadajoče umeritvene transformacije (imaš potem še druge naboje, ki so "bolj komplicrane narave", ki rodijo šibko ter močno interakcijo). "Naboj" četrte sile, tj. gravitacije pa je masa (to sicer ni res, ampak ne bom izbrisal).

Brane22 ::

Yggdrasil je izjavil:

Ne moreš. Seveda ne trdim, da lahko.
Kot pravim, rabil bi magnetni naboj.


Dobro, ampak če bi za to rabil magnetni naboj, ne bi mogel več trditi, da sta električno in magnetno polje isti fenomen, kiga le vidimo drugače.

Yggdrasil ::

Ni res, ali pa česar ne vdim. še vedno bi bila isti fenomen, kar je posledica Lorentzovo-kovariante formulacije. Vse kar bi se zgodilo, je da bi magnetni naboj ustaril magnetni 4-tok in EM tenzor bi se malenkost generaliziral. Takšna teorija bi bila lepša (= več simetrije). V principu je tovrstna formulacija znana že od začetka prejšnjega stoletja.


Vredno ogleda ...

TemaSporočilaOglediZadnje sporočilo
TemaSporočilaOglediZadnje sporočilo
»

Odkrili magnetni 'monopol'

Oddelek: Novice / Znanost in tehnologija
206770 (4475) Yggdrasil
»

Slovenski znanstveniki prvi na svetu pripravili magnetno tekočino! (strani: 1 2 )

Oddelek: Novice / Znanost in tehnologija
5215119 (11006) frudi
»

Taščica lahko vzdržuje kvantno prepletenost dlje kot najbolje opremljeni laboratoriji

Oddelek: Novice / Znanost in tehnologija
287802 (4885) Jst
»

Magnetni monopoli so realnost (strani: 1 2 )

Oddelek: Novice / Znanost in tehnologija
728120 (4407) Thomas
»

Z magneti do varčnejših hladilnikov

Oddelek: Novice / Znanost in tehnologija
244456 (2569) levaky

Več podobnih tem