¿Tendremos imanes con un solo polo en el futuro? » ABC de la ciencia

Imanes. Los vemos en innumerables formas y tamaños diferentes, y en tantos dispositivos diferentes. Esta fue una parte tan común de nuestra infancia que todos conocemos las propiedades más básicas y comunes de los imanes.

Una es que atraen materiales que contienen hierro.

La segunda es que tienen dos polos (dipolos), Norte y Sur.

Y por último, cuando tratamos de romper un imán para separar cada polo, todavía terminamos con dos imanes con dos polos. ¡Los polos son simplemente inseparables!

En los viejos tiempos, llamábamos a esas cosas “magia”, pero en física, un imán simplemente demuestra la propiedad de las líneas de campo magnético. Estas líneas de campo son bucles cerrados entre los dos polos opuestos. En resumen, nunca hemos encontrado un imán con un solo polo y, por lo tanto, creemos que los imanes solo pueden existir en dipolos.

Bueno, ahora sabemos que eso es solo parcialmente cierto. Nunca podemos separar los dipolos… pero ¿y si te dijera que existen los monopolos magnéticos? ¡Se están realizando extensas investigaciones y costosos experimentos con este mismo propósito!

Sorprendentemente, las conversaciones sobre los monopolos han estado ocurriendo durante mucho tiempo, desde la era de Pierre Curie. Sin embargo, ha tomado mucho tiempo para que la idea se arraigara, y ahora que tenemos un trabajo teórico sustancial en marcha, los verdaderos monopolos de búsqueda han comenzado. Veamos cómo surgió la idea de los monopolos y dónde nos encontramos ahora.

Vídeo recomendado para ti:

Monopolo de Dirac

Dirac fue la primera persona en utilizar física y matemáticas reales para describir un monopolo. Su imagen del monopolo parecía muy simple. Primero imaginó un solenoide, un dispositivo hecho de alambres enrollados con una longitud mayor que el diámetro. Cuando una corriente eléctrica pasa a través de estos cables, se genera un campo magnético. Estas líneas de campo magnético se parecen a las que hemos visto en los imanes de barra.

Campo magnético dentro de un solenoide

Un solenoide con sus líneas de campo magnético generadas (Crédito: Dmitry Kovalchuk/Shutterstock) (Crédito de la foto: Dmitry Kovalchuk/Shutterstock)

Notarás que las líneas de campo están muy alejadas entre sí cerca del centro (exterior) del imán, lo que significa que el campo magnético es el más débil aquí.

Ahora, Dirac imaginó que su solenoide sería infinitamente largo, tanto que las líneas del campo magnético están muy separadas, lo que hace que el campo magnético sea prácticamente inexistente. Esto casi desconecta los dos polos, pero las líneas de campo que corren dentro del solenoide aún existen, conectando así los dos polos.

Para abordar eso, Dirac imaginó que el solenoide era tan delgado que era prácticamente imposible de ver, tan delgado que no había líneas de campo que conectaran los dos polos. Así es como concibió la imagen de los monopolos, y esta imagen es lo que se llama la cuerda de Dirac.

cuerda de dirac

cuerda de dirac

Pensar en esto puede parecer absurdo, pero Dirac creía tan firmemente en los monopolos que la idea de que los monopolos no existen era absurda para él.

Sin embargo, su teoría tenía un gran defecto. La energía de su monopolo era infinita.

Cuando Dirac estiró su solenoide imaginario en longitud y lo redujo a nada, teóricamente, todo el campo magnético de este imán infinitamente grande se concentraría en sus dos polos. Así es como sus monopolos imaginarios tenían una cantidad de energía infinitamente grande.

Afortunadamente, este era solo un modelo propuesto de un monopolo. Obviamente, no hay forma de fabricar tal imán y no puede existir ninguna partícula con energía infinita. Aun así, la idea misma de los monopolos era tan intrigante que otros también intentaron probar su existencia en teoría.

El monopolio GUT

Fueron Hooft y Polyakov quienes presentaron una mejor imagen de los monopolos a través de su teoría, a la que llamaron la ‘Gran Teoría Unificada (GUT)’.

Para entender primero el nombre, debemos tener una comprensión básica de la teoría cuántica de campos (QFT).

Imagine que QFT es una casa donde vive una familia hecha de diferentes teorías de campo de partículas elementales.

Los componentes básicos de esta casa (QFT) son la mecánica cuántica, la relatividad especial y la teoría de campos. En pocas palabras, QFT da cobijo a diferentes ciencias de las partículas elementales. La Gran Teoría Unificada (GUT) es lo que obtienes cuando reemplazas a todos los miembros de la familia con una sola figura que desempeña todos sus roles.

Entonces, en lugar de diferentes teorías de campo para diferentes tipos de partículas, tenemos una teoría para todas las partículas en GUT.

Hooft y Polyakov utilizaron esta gran teoría llamada Gran Teoría Unificada para verificar la existencia de monopolos magnéticos.

La Gran Teoría Unificada abarca todas las partículas en una sola teoría de campo

La Gran Teoría Unificada abarca todas las partículas en una sola teoría de campo (Crédito: agsandrew/Shutterstock)

Según GUT, ¡los monopolos existen! ¡Esta teoría también predice que tienen una energía de alrededor de 1016 GeV! Es posible que necesite ayuda para visualizar cuánta energía es eso.

Un electrón voltio (eV) representa la energía de un electrón que pasa a través de un voltio de potencial. Ahora bien, un GeV es la energía de mil millones de tales electrones. ¡Ahora imagina la energía de 1016 (es decir, 16! ¡ceros después de uno) multiplicada por la energía de mil millones de electrones! ¡Una cantidad bastante grande!

Esa es la energía de un monopolo.

Si de alguna manera pudiéramos fabricar un imán con este monopolo, ¡solo Thor podría manejarlo!

alucinado

Hoy en día, estos se denominan acertadamente monopolos supermasivos, ya que ahora también tenemos teorías para monopolos menos energéticos.

Conclusión

Desde que se concibieron los monopolos supermasivos, también ha habido predicciones de monopolos intermedios y más pequeños, pero la pregunta es, si no es en nuestro mundo natural, ¿dónde los encontraríamos?

La respuesta, como tantas, está en el cielo.

Se dice que los monopolos supermasivos existieron en abundancia durante los primeros tiempos del universo, y es probable que existan tanto monopolos intermedios como supermasivos en el espacio.

Es más probable que los monopolos se encuentren en el espacio.

Es más probable que los monopolos se encuentren en el espacio (Crédito: Jurik Peter/Shutterstock)

Fue solo debido a una abundante investigación que comenzó la búsqueda de esta partícula. Las teorías son tan convincentes que se están realizando algunos experimentos extremadamente costosos en todo el mundo para atrapar estas partículas hipotéticas.

Sin embargo, esta no es la primera vez que se realizan experimentos tan costosos sobre la base de teorías. Es posible que conozcas el más famoso de estos casos. ¡La teoría del bosón de Higgs se propuso por primera vez en 1964! Hubo un largo período de extensa investigación sobre este tema, después del cual vinieron los costosos experimentos. Años después de estos experimentos, finalmente se concluyó que sí existe.

Así que, en definitiva, se está siguiendo el protocolo típico. Solo tenemos que esperar el día en que anuncien la existencia de monopolos y luego, quién sabe… ¡algún día incluso podríamos tener un imán de monopolo para jugar!

Lectura sugerida

¿Te resultó útil este artículo

Sí No