La teoria dei monopoli magnetici
Per la prima volta nella storia, gli scienziati sono riusciti a misurare i monopoli magnetici naturali, una scoperta che potrebbe rivoluzionare il mondo della fisica e della tecnologia.
La previsione teorica
Da tempo, la comunità scientifica ipotizzava l’esistenza dei monopoli magnetici, particelle fondamentali caratterizzate dalla presenza di un solo polo magnetico, nord o sud. Nonostante le numerose ricerche, fino ad oggi non erano mai stati osservati direttamente.
Il comportamento dei magneti
I magneti tradizionali possiedono due poli, nord e sud, e il loro comportamento è descritto dalle equazioni di Maxwell. Queste particelle hanno sempre affascinato gli scienziati, che hanno cercato di comprendere se fosse possibile l’esistenza di monopoli magnetici.
La scoperta rivoluzionaria
L’uso dell’ematite
Utilizzando l’ematite, una roccia equivalente alla ruggine, i ricercatori hanno scoperto che sulla sua superficie possono emergere configurazioni magnetiche peculiari. Hanno misurato quasiparticelle, interazioni che si comportano come particelle per un certo periodo, che presentavano un singolo polo magnetico, due poli o addirittura quattro poli. Queste quasiparticelle formavano vortici sulla superficie dell’ematite.
La misurazione dei monopoli
“I monopoli erano stati previsti teoricamente, ma questa è la prima volta che abbiamo effettivamente osservato un monopolo bidimensionale in un magnete naturale”, ha dichiarato il coautore Professor Paolo Radaelli, dell’Università di Oxford. “Questi monopoli sono uno stato collettivo di molti spin che ruotano attorno a una singolarità piuttosto che una singola particella fissa, quindi emergono attraverso interazioni di molti corpi. Il risultato è una particella stabile, localizzata e minuscola con un campo magnetico divergente che ne fuoriesce”, ha aggiunto il co-primo autore Dr. Hariom Jani, anch’egli dell’Università di Oxford.
Le implicazioni della scoperta
La formazione di questi monopoli magnetici è collegata a una proprietà nota come emergenza, in cui la combinazione di molte entità fisiche produce qualcosa di nuovo con proprietà che sono più o diverse dalla somma delle sue parti. In questo caso, hanno ottenuto qualcosa di molto diverso; il monopolo e il quadrupolo derivano da entità che hanno la configurazione magnetica standard.
“I magneti che usiamo ogni giorno hanno due poli: nord e sud”, ha detto il Professor Mete Atatüre, che ha guidato la ricerca. “Nel XIX secolo, fu ipotizzato che potessero esistere monopoli. Ma in una delle sue equazioni fondamentali per lo studio dell’elettromagnetismo, James Clerk Maxwell non era d’accordo”.
“Se i monopoli esistessero davvero e fossimo in grado di isolarli, sarebbe come trovare un pezzo mancante del puzzle che si pensava fosse perduto”, ha aggiunto Atatüre, che è il capo del Laboratorio Cavendish di Cambridge, una posizione un tempo detenuta dallo stesso Maxwell.
Le misurazioni sono state effettuate utilizzando un ago di diamante in cui lo spin di un singolo elettrone – il suo momento angolare intrinseco – è stato utilizzato per misurare con precisione il campo magnetico del materiale. Scoprire come manipolare queste peculiari quasiparticelle potrebbe significare una tecnologia informatica migliore, con logica di memoria veloce ed efficiente dal punto di vista energetico.
Lo studio è stato pubblicato su Nature Materials.
