Ny manifestation av magnetiska monopoler upptäckta

Introduction to magnetism | Physics | Khan Academy (Maj 2019).

Anonim

Den uppseendeväckande likheten mellan de fysiska lagarna som beskriver elektriska fenomen och de som beskriver magnetiska fenomen har varit känd sedan 1800-talet. Men ett stycke som skulle göra att de två perfekt symmetriska saknades: magnetiska monopoler. Även om magnetiska monopoler i form av elementära partiklar förblir elusiva har det funnits några senaste framgångar i tekniska objekt som uppför sig effektivt som magnetiska monopoler. Nu har forskare vid Institutet för Vetenskap och Teknik Österrike (IST Österrike) visat att det finns ett mycket enklare sätt att observera sådana magnetiska monopoler: De har visat att superfluida heliumdroppar fungerar som magnetiska monopoler utifrån molekyler som är nedsänkt inuti dem. Sådana droppar har studerats i årtionden, men tills dess hade denna fascinerande karaktär helt och hållet varit obemärkt.

Vid arbete med elektrisk laddning är det enkelt att skilja de positiva och negativa polerna. Den negativt laddade elektronen representerar en negativ pol, den positivt laddade protonen är den motsatta (positiva) polen, och var och en är en individuell partikel som kan separeras från den andra. Med magneter tycktes det som om de alltid har två poler som är omöjliga att skära en dipolmagnet i halv och du kommer att sluta med två dipolmagneter, klippa dem igen och du kommer bara att få ännu mindre dipolmagneter, men du kommer inte kunna skilja norr från södra polen.

Utmanas av detta pussel konstruerade forskare framgångsrikt system som effektivt fungerar som magnetiska monopoler: vissa kristallstrukturer gjordes för att verka som magnetiska monopoler. Men nu har ett tvärvetenskapligt team bestående av teoretiska fysiker och matematiker upptäckt att detta fenomen också uppträder i molekylära system som inte behöver konstrueras för detta ändamål men som länge varit kända.

Nanometriska droppar superfluid helium med molekyler nedsänkt i dem har studerats i flera decennier redan och det är ett av de system som professor Mikhail Lemeshko och postdoc Enderalp Yakaboylu är särskilt intresserade av. Tidigare föreslog professor Lemeshko en ny kvasipartikel som drastiskt förenklar den matematiska beskrivningen av sådana roterande molekyler, och tidigare i år visade han att denna quasiparticle, angulonen, kan förklara observationer som hade samlats in över 20 år. Enderalp Yakaboylu använde dessutom angulonen för att förutsäga tidigare okända egenskaper hos dessa system. Upptäckten av fastigheten i superfluida heliumdroppar som de nu rapporterar kom emellertid oväntat - och först efter att de hade bytt idéer med matematiker Andreas Deuchert, som säger: "Det var en överraskning för oss alla att se denna egenskap uppstå i ekvationerna." I ett starkt tvärvetenskapligt institut som IST Austria är sådana samarbeten inte ovanliga och samspelet mellan forskargrupper inom olika områden främjas.

"I de andra experimenten konstruerade de ett system för att bli en monopol. Här är det tvärtom", säger Enderalp Yakaboylu. "Systemet var välkänt. Människor har studerat roterande molekyler under lång tid, och först efter förstod vi att de magnetiska monopolen hade varit där hela tiden. Det här är en helt annan synpunkt."

Enligt forskarna öppnar upptäckten nya möjligheter att studera magnetiska monopoler. I synnerhet är utseendet hos en magnetisk monopol i superfluida heliumdroppar mycket annorlunda än de andra system som tidigare studerats. "Skillnaden är att vi har ett kemiskt lösningsmedel. Våra magnetiska monopoler bildar sig i en vätska snarare än i en fast kristall, och du kan använda det här systemet för att studera magnetiska monopoler lättare", förklarar professor Mikhail Lemeshko.

menu
menu