Магнитный монополь показался учёным вспиновом льду
Существование неуловимого магнитного монополя было предсказано ещё 80 лет назад. Частица, воображающая собой южный или северный полюс магнита, но никак не их комбинацию, крайне важна для науки.
В случае если её не найдут, то все теории, обрисовывающие первые моменты существования Вселенной, не имеют никакого смысла. И вот сходу четыре статьи рапортуют о регистрации магнитного монополя.
Каждому школьнику как мы знаем, что у любого магнита имеется два полюса: южный (S) и северный (N). Любой физик знает, что как ты данный самый магнит ни дели, всё равняется его части так же будут владеть обоими полюсами (другими словами останутся диполями).
В первой половине 30-ых годов двадцатого века узнаваемый английский физик Поль Дирак (Paul Dirac) по окончании проведения определённых теоретических расчётов предсказал, что должны существовать некие частицы – магнитные монополи (magnetic monopole) – каковые присутствуют на финишах так называемых струн Дирака. Но до сих пор их никто не смог найти.
Где лишь не пробовали ловить гипотетически существующие магнитные монополи! множество и Годы работы научных трудов были посвящены попыткам найти загадочные частицы в космическом излучении, в ускорителей высокоэнергетических частиц, в земном а также лунном грунте.
Так смогут ли всё-таки южный и северный полюса существовать раздельно друг от друга? (фото с сайта wordpress.com, иллюстрация Fermilab)
В 1980-х теоретики продемонстрировали, что существование монополей можно считать базой «Теорий Великого объединения» (GUT). Эта несколько моделей предполагает, что сильное, не сильный и электромагнитное сотрудничества являются разными проявлениями одной и той же силы.
В 2008 году учёные высказали предположение, что магнитные монополи смогут существовать в так именуемом спиновом льду (о нём обращение отправится чуть ниже). Дабы замечать неуловимые частицы, нужно проследить за трансформациями в поясницах атомов, каковые «прокатываются» по такому кристаллу.
Потом пара научных групп совершили изучения разных материалов, относящихся к этому классу соединений, и заключили , что магнитный монополь наконец-то отыскан.
Рисунок, иллюстрирующий опыт Морриса и его сотрудников, и полученный ими итог (иллюстрация Jonathan Morris).
Одной из них руководил Джонатан Моррис (Jonathan Morris), энергии Центра Гельмгольца и исследователь материалов в Берлине (Helmholtz-Zentrum Berlin fur Materialien und Energie — HZB). Он и его сотрудники могут похвалиться тем, что нашли самоё убедительное подтверждение существования «магнитных частиц» (просматривайте пресс-релиз группы).
Для этого учёные охладили кристалл титаната диспрозия (Dy2Ti2O7) до температуры, близкой к безотносительному нулю. Это соединение владеет особенной решёткой, которую кроме этого именуют спиновым льдом (spin ice), она по некоторым параметрам напоминает простой водяной лёд.
Не считая титаната диспрозия ещё пара вторых веществ имели возможность бы показать наличие магнитных монополей.
Тетраэдр, в котором три иона «показывают» вовнутрь (с голубым шаром в), представляет собой «северный монополь».
Соседний тетраэдр только с одним ионом, показывающим вовнутрь, имеется не что иное, как «южный монополь» (иллюстрация L. D. C. Jaubert, P. C. W. Holdsworth/Nature Physics).
При охлаждении таких кристаллов составляющие их атомы (в простом состоянии расположенные в вершинах четырёхгранной пирамиды и воображающие собой мелкие магниты) «выравниваются». Время от времени до трёх из четырёх спинов атомов пирамиды принимают одно да и то же направление, в следствии в центре пирамиды образуется область хорошего либо отрицательного магнитного заряда.
Данный заряд не «закрепляется» на каком-либо физическом объекте, но наряду с этим он ведёт себя так, как обязан бы предсказанный магнитный монополь.
При охлаждении до ультранизких температур (0,6 -2 K) посредством рассеяния нейтронов (взаимодействуют со струнами Дирака) и приложения магнитного поля физики смогли «разглядеть» в Dy2Ti2O7 некие «иглы», похожие на северные и южные монополи. Но частицы пребывали на расстоянии не больше нанометра друг от друга, и вследствие этого их не было возможности измерить напрямую.
Моррису со товарищи ничего не оставалось, не считая как поверить, что они замечали те самые монополи Дирака.
Нагревание кристалла, совершённое Клемке (слева) и Моррисом, разрешило подтвердить наличие «газа» из монополей в Dy2Ti2O7 (фото A.Rouvicre/HZB).
Предстоящее измерение теплоёмкости, совершённое Бастианом Клемке (Bastian Klemke), также косвенно подтвердило существование монополей в кристалле экзотического вещества. Помимо этого, именно поэтому опыту физики установили, что монополи взаимодействуют таким же образом, как и заряды.
Вторая работа была совершена под управлением Тома Феннелла (Tom Fennell) из Университета Лауэ-Ланжевена в Гренобле (Institut Laue-Langevin). По главным этапам она мало чем отличается от первой, разве что эти учёные применяли кристалл титаната гольмия, Ho2Ti2O7. (Пресс-релиз французско-английской группы тут.)
«Двойное» открытие стало причиной появлению сходу нескольких статей. Две из них уже размещены в издании Science (1 и 2).
Ещё две до тех пор пока находятся на сервере препринтов arXiv.org (3 и 4).
Картина, полученная посредством рассеяния с переворотом поясницы (spin-flip scattering). Вверху – реально замечаемая в кристалле титаната гольмия, внизу – предсказанная для него же при помощи моделирования по способу Монте-Карло (иллюстрация Institut Laue-Langevin).
Первая из неизданных работ говорит о дополнительных наблюдениях магнитных монополей, а вторая – предлагает новую разработку определения заряда каждого монополя. Согласно точки зрения доктора наук Стива Брамвелла (Steve Bramwell), значащегося в перечне авторов двух из четырёх публикаций, этих данных даже больше чем нужно, чтобы убедиться в существовании монополей Дирака.
Но не все учёные готовы утешиться малым. «Монополи, само собой разумеется, очень не легко зарегистрировать по отдельности. И однако я не пологаю, что это совсем уж нереально», — вычисляет доктор физических наук Питер Шиффер (Peter Schiffer) из университета Пенсильвании.
«Честное» свидетельство существования магнитных монополей вправду нужно научному сообществу. Но и данный ход можно считать большим продвижением вперёд. Быть может, как раз нынешние публикации сподвигнут другие научные группы на новое «прямое» открытие.
Помимо этого, взятым данным точно найдётся использование в технике. К примеру, кое-какие учёные уже на данный момент говорят о разработке нового типа памяти.
