Фізики створили симуляцію ізольованого північного полюса магніта – т. зв. магнітний монополь. Таким чином, вчені довели, що існування елементарних частинок, які ще 80 років тому передбачив видатний фізик ХХ ст. Поль Дірак, – можливе.
Поперечні зрізи завихрення конденсату Бозе-Ейнштейна з атомів рубідію. Чорна ділянка в центрі має ознаки магнітного монополя (зверху - реальні знімки, знизу - їх комп'ютерна симуляція).
Північний і південний полюси магніта завжди нероздільні, як брати-близнюки. Якщо стрижневий магніт розрізати надвоє, отримаємо два магніти, а не північний і південний полюси окремо. Ідея розділити магнітні полюси на т. зв. монополі, однак, хвилювала не одне покоління фізиків. Існування елементарних частинок – носіїв окремих магнітних полюсів Поль Дірак теоретично обґрунтував ще у 1931 р. Однак ані знайти такі частинки у природі, ані створити їх у лабораторії відтоді ще нікому не вдавалося.
У експерименті з атомами рубідію, які охолодили до температури, близької до абсолютного нуля, команда фізиків на чолі з Девідом Гоулом з Амхертського коледжу (штат Массачусетс) отримала симуляцію магнітного монополя з північним полюсом. Хоча це не елементарна частинка-монополь, а її практична модель, експеримент показав, що ніяких перепон для існування таких частинок у природі не існує.
Команда Гоула скористалася ідеєю, висунутою фінськими вченими Вілле Піятіле та Міко Меттоненом з Університету Аалто. Під час експерименту хмару з бл. 1 млн. атомів рубідію охолодили до температури, що лише на одну стомільярдну градуса вища за абсолютний нуль. За такої температури атоми втрачають свої індивідуальні характеристики та утворюють колективний квантовий стан, названий конденсатом Бозе-Ейнштейна.
Одержаному конденсату надали густину, пропорційну вірогідності знаходження електрона у кожній точці зайнятого ним простору. Наступним кроком було розташувати атоми у мініатюрний вихор. Оскільки кожен атом у конденсаті володіє магнітним моментом, породженим його спіном, вихор утворив специфічне магнітне поле, а його вістря набуло властивостей магнітного монополя з північним полюсом.
За словами Стівена Брамвела, фізика з Університетського коледжа Лондона, «команда Гоула створила досконалу математичну абстракцію. Проте, аби екстраполювати ці дані на реальний монополь, слід ще зробити мисленнєвий стрибок вбік. Адже за своєю суттю – це тільки модель цієї частинки».
За словами самого Поля Дірака, він би вельми здивувався, якби природа не скористалася такою красивою ідеєю, як магнітний монополь. Вчені усього світу досі шукають ці частинки у природі (раніше їх марно пробували знайти у зразках місячної породи та ґрунту), а також намагаються отримати у прискорювачах. Експеримент команди Девіда Гоула показав, що магнітний монополь є не лише теоретичною ідеєю, але й має усі підстави існувати на практиці. Це є додатковим стимулом продовжувати пошуки. Адже хіба природа може не скористатися красивою ідеєю?
04.02.2014