Tachtig jaar geleden voorspelde de Britse theoretisch fysicus Paul Dirac al dat magnetische polen in hun eentje kunnen voorkomen. Nu zijn fysici er voor het eerst in geslaagd deze zogeheten monopolen nauwkeurig na te bootsen in het lab.
Het door fysici van de Amerikaanse Amherst University gemaakte deeltje is geen échte monopool. In plaats daarvan is het een zogeheten quasideeltje, dat is samengesteld uit verschillende onderdelen die samen een monopool nabootsen. In de fysica komen dergelijke quasideeltjes vaker voor. Zo ging het bij de ontdekking van het langgezochte majorana-deeltje door de Nederlandse fysicus Leo Kouwenhoven in 2012 bijvoorbeeld ook om quasideeltjes. De ontdekkers van de monopool deden van hun ontdekking verslag in een brief aan het vakblad Nature.
De vondst van een losse magnetische pool is een grote doorbraak. Een normale magneet heeft een noord- en een zuidpool met tegengestelde lading. Wanneer je die magneet door midden breekt, heb je niet ineens twee losse polen, maar twee nieuwe magneten, met beide weer een noord- en een zuidpool. Lang dachten fysici dan ook dat losse magnetische polen niet konden bestaan, totdat Paul Dirac in de jaren dertig van de vorige eeuw met behulp van de wetten van de quantummechanica uitrekende dat die losse polen wel degelijk konden bestaan. Daarmee bewees Dirac meteen ook waarom elektrische ladingen alleen in vaste eenheden voorkomen.
Dit is hoe we wiskundefobie te lijf kunnen gaan
Sarah Hart vertelt hoe we de angst voor getallen en formules weg kunnen nemen.
Het is dan ook opmerkelijk dat tot nog toe niemand een magnetische monopool in het wild heeft gezien, iets dat niet komt omdat fysici er niet naar zoeken. Herhaaldelijke zoektochten door deeltjesfysici leverden steevast niets op.
Dat fysici nu in het lab een synthetische monopool hebben weten te bouwen, moet de vondst van een echte monopool een stuk gemakkelijker maken. ‘Het maken van een synthetische magnetische monopool moet ons nieuwe inzichten leveren in de eigenschappen van een natuurlijke magnetische monpool – als deze bestaat, natuurlijk’, stelde fysicus en ontdekker David S. Hall in een persverklaring.
De door de onderzoekers gevonden monopool is een losse noordpool, zonder de daarbij behorende zuidpool. Ze maakten deze pool met een methode die twee theoretisch-fysici van de Finse universiteit van Aalto eerder al bedacht hadden. Volgens die fysici zouden monopolen naar boven kunnen borrelen in een magnetisch veld dat wordt opgewekt door een zogeheten Bose-Einstein-condensaat, een ultrakoud, supervloeibaar goedje dat een temperatuur heeft van slechts enkele miljardsten van een graad boven het absolute nulpunt.
Het is niet de eerste keer dat fysici iets gevonden hebben dat zich gedraagt als een magnetische monopool. Het grote verschil tussen deze nieuwe vondst en die vorigen is dat deze noordpool zich gedraagt binnen de richtlijnen van de quantumfysica, terwijl de vorige quasi-polen alleen werkten volgens de oudere wetten van de klassieke mechanica. Deze nieuwe magnetische monopool sluit daarom veel beter aan bij het oorspronkelijke idee van Dirac.
Toch kan het nog altijd beter. ‘In de toekomst willen we een nog betere overeenstemming bereiken met de natuurlijke magnetische monopool’, stelde fysicus en bedenker van de Bose-Einstein-methode Mikko Möttönen in een persverklaring. Wordt de magnetische monopool ooit gevonden, dan zou dat overigens een doorbraak zijn die te vergelijken is met de ontdekking van het elektron.
Lees ook: