Manyetik Kutuplar

Manyetik tekeller(kutuplar) hakkındaki bu makale,  Bükreş, Romanya Uluslararası Bilgisayarlar Lisesi kıdemli Ariana Vlad tarafından Fizik ve Matematik okumaya odaklanan konuk bir makaledir  .

Manyetizma bize en yıkılmaz, ayrılmaz çiftlerden birini sunar: kuzey ve güney kutupları. Çubuk mıknatısı kırmak bile bir kutbu diğerinden ayıramaz. Bu, çubuk mıknatıstaki bir bölgenin “güneyi” veya “kuzeyi” anlamına gelir – ve şimdiye kadar gözlemlenebilen veya bilinmeyen diğer manyetik fenomenler – bazı spesifik manyetik net yükün sonucu değildir. Bununla birlikte, süper sicimler ve büyük birleşik teori gibi modern konular, manyetik monopoller gibi yüklerin varlığını öngörür.

Bir çubuk mıknatıs yarıya indiğinde, bölümün yapıldığı yerde iki ek farklı kutup görünür. Bu şekilde iki mıknatıs oluşturulur. Kaç bölüm olursa olsun, bir dipol oluşur ve sadece bir “polaritesi” olan bir bölge ayrılamaz.

Standart Maxwell denklemleri, sadece elektrik yükleri göz önünde bulundurularak, manyetik monopoller dikkate alınmadan, elektrik ve manyetik alanın birbirlerine etkilerini tanımlar. Öncelikle manyetik monopollerin yokluğunu tanımlayan denklem Gauss’un manyetizma yasasıdır. Manyetik alanın diverjansının sıfır olduğunu söylüyor.

Bu denklemlerin – elektrikli tekellere benzer manyetik yükler içeren – alternatif bir versiyonu, alanların değişimi altında tamamen simetriktir ve daha fazla fiziksel miktar dahil edilirse yazılabilir: manyetik yüklerin yoğunluğu m  ve “manyetik akım yoğunluğu” J m . Manyetik ve elektrik alan yükleri arasındaki bazı benzerlikleri ima eden bu yeni form ilk olarak 1930’larda Dirac tarafından tanıtıldı. Hareketli bir manyetik monopol, tıpkı bir elektronun manyetik bir alan oluşturduğu gibi bir elektrik alanı oluşturur.

Değişken bir manyetik alandaki bir elektrik yükü hareket etmeye başlar ve değişen bir elektrik alanı manyetik yükler üzerinde aynı etkiye sahiptir. 

Dört Maxwell denklemi ve Lorentz kuvvetinin hem standart hem de alternatif formda ifadesi. Normal, standart gösterimler kullanılır. İki dava arasındaki simetri Gauss, Faraday ve Amper Yasaları için açıktır . Lorentz kuvveti için ek bir terim dahil edilmelidir.

Yoğunlaştırılmış madde sistemlerinde özel koşullar altında manyetik monopollere matematiksel olarak benzer olgular oluşturulabilir. Bu yarı-parçacıklara manyetik teller denir. İnce kutuplar, iki kutup birbirine çok uzak olana kadar uzak mesafelerden kafeslere gerilir. Sistemin bir kısmına bakarken, 

sadece bir kutup tespit edilebilir, bu da bir monopolün yanlış yanılsamasını verir. Aslında, diğer kutup da oradadır, ancak gözlemlenenlerden iyi ayrılmış ve izole edilmiştir.

Böyle eşsiz bir teorik yaklaşım, bir manyetik monopolü tespit etmek için deney düzenekleri tasarlamaya çalışan birçok fizikçiyi cezbetti. Görünüşe göre basit ama zarif bir deney, yaklaşık yarım yüzyıl önce Blas Cabrera tarafından yaratıldı. Bir tel halkasını geçen bir mıknatısın değişken bir sinyal belirleyeceğini bilerek (diyelim ki kutup için pozitif, sonra diğeri için negatif), belirli bir kutupluluk sinyalini (pozitif veya negatif, ilk sözleşmeye bağlı olarak).

Tam olarak 8 manyetona (varsayımsal manyetik monopol birimi) karşılık gelmesi gerektiğinden, sinyalin büyüklüğü de önemliydi. Kayıtlı diğer tüm değerler bir hata olur. 

Bir veya iki manyetonun (alakasız olduğu düşünülen) bazı tespitlerinden sonra, cihaz bir tekel olduğu düşünülen şeyi tespit etti. 14 Şubat 1982’de saat 2 civarında cihaz tam olarak 8 manyeton kaydetti. Hoş bir sürpriz, birçok bilim adamı manyetik yükü tespit etmeyi umarak kendi benzer deneylerini yaptılar. Ne yazık ki, ne orijinal ne de ikinci cihazlar ilgili herhangi bir şey kaydetmedi. Daha fazla onay olmadan, ilk tespit ya aparatta öngörülemeyen bir aksaklıktır ya da çok şanslı bir olaydır. 

Diğer bilim adamları bu konuyu CERN, Güney Kutbundan IceCube dedektörü ve Londra Nanoteknoloji Merkezi dahil olmak üzere çeşitli yerlerde araştırdı. Teorik analiz, manyetik bir yükün 10^14 TeV kadar dinlenme enerjisine sahip olacağını , yani sadece Big Bang’in ilk aşamalarında üretildiklerini ve çok yüksek enerji dedektörlerine ihtiyaç duyduklarını göstermektedir. Bu güne kadar başka bir tespit kaydedilmedi. Bununla birlikte, böyle ilginç bir konu için, fizikçilerin manyetik tekelleri aramayı bırakmayacaklarını söylemek güvenlidir.