Científicos del Amherst College (Estados Unidos) y de la Universidad Aalto (Finlandia) han realizado las primeras observaciones experimentales de la dinámica de monopolos aislados en materia cuántica. El nuevo estudio proporcionó una sorpresa: el monopolo cuántico se desintegra en otro análogo del monopolo magnético. El importante conocimiento obtenido sobre la dinámica de monopolos puede ayudar en el futuro a construir análogos aún más estrechos de los monopolos magnéticos.
![Observada la destrucción de un monopolo cuántico [eng]](https://cdn.mnmstatic.net/cache/2a/57/media_thumb_2x-link-2774847.jpeg?1495197307)
Comentarios
Traducción:
"Científicos del Amherst College (Estados Unidos) y de la Universidad Aalto (Finlandia) han realizado las primeras observaciones experimentales de la dinámica de monopolos aislados en materia cuántica.
El nuevo estudio proporcionó una sorpresa: el monopolo cuántico se desintegra en otro análogo del monopolo magnético. La comprensión fundamental obtenida de la dinámica monopólica puede ayudar en el futuro a construir análogos aún más estrechos de los monopolos magnéticos.
A diferencia de los imanes habituales, los monopolos magnéticos son partículas elementales que tienen sólo un polo magnético sur o norte, pero no ambos. Se han predicho teóricamente que existen, pero no se han reportado observaciones experimentales convincentes. Por tanto, los físicos están ocupados buscando objetos analógicos.
- En 2014, realizamos experimentalmente un monopolo de Dirac, es decir, la teoría de Paul Dirac de 80 años de antigüedad donde originalmente él consideró que las partículas cuánticas cargadas interactuan con un monopolo magnético, dice el profesor David Hall de Amherst College.
- Y en 2015, creamos verdaderos monopolos cuánticos, agrega el Dr. Mikko Möttönen de la Universidad Aalto.
Mientras que el experimento monopolar de Dirac simula el movimiento de una partícula cargada en las cercanías de un campo magnético monopolar, el monopolo cuántico tiene una estructura parecida a un punto en su propio campo que se asemeja a la de la partícula monopolo magnética misma.
De un monopolo cuántico a otro en menos de un segundo
Ahora, el proyecto de colaboración sobre el monopolo dirigido por David Hall y Mikko Möttönen ha logrado realizar una observación de cómo un único elemento de estos análogos a monopolos magnéticos espontáneamente se convierte en otro en menos de un segundo.
- Suena fácil, pero en realidad tuvimos que mejorar el aparato para que esto suceda, dice el Sr. Tuomas Ollikainen, quien es el primer autor de la nueva obra.
Los científicos comienzan con un gas extremadamente diluido de átomos de rubidio refrigerados hasta cerca del cero absoluto, a cuya temperatura forma un condensado de Bose-Einstein. Posteriormente, preparan el sistema en un estado no magnetizado y bajan hasta un punto cero del campo magnético externo en el condensado, creando así un monopolo cuántico aislado. Entonces mantienen el punto cero y esperan a que el sistema se magnetice gradualmente a lo largo del campo magnético que varía espacialmente. La destrucción resultante del monopolo cuántico da nacimiento a un monopolo de Dirac.
- Estaba dando saltos en el aire cuando vi por primera vez que conseguimos un monopolo de Dirac de la descomposición. Este descubrimiento vincula muy bien los monopolos que hemos estado produciendo a través de los años, dice el Dr. Möttönen.
Más allá del Nobel de física
El monopolo cuántico es un denominado punto de defecto topológico, es decir, un único punto en el espacio rodeado por una estructura en estado no magnetizado del condensado que no puede eliminarse por remodelación continua. Tales estructuras están relacionadas con el Premio Nobel de Física de 2016 que se concedió en parte por los descubrimientos de las transiciones de fase topológica que implican los remolinos cuánticos, o vórtices.
- Las líneas de vórtice se han estudiado experimentalmente en superfluidos durante décadas; Los monopolos, por otro lado, han sido estudiados experimentalmente sólo unos pocos años, dice el profesor Hall.
Aunque su topología protege el monopolo cuántico, puede decaer ya que toda la fase de la materia cambia de no magnetizada a magnetizada.
- No importa cuán robusta sea una escultura de hielo, todo fluye por el desagüe cuando el hielo se derrite, dice Ollikainen.
- Por primera vez, observamos monopolos de Dirac aparecidos espontáneamente y las líneas de vórtice relacionadas, dice el Dr. Möttönen."
#1 Aquí la puede encontrar en español: Físicos observan por primera vez la destrucción de un monopolo cuántico que genera un monopolo de Dirac https://universitam.com/academicos/noticias/fisicos-observan-por-primera-vez-la-destruccion-de-un-monopolo-cuantico-que-genera-un-monopolo-de-dirac/
Si puede modificar la frase "La comprensión fundamental obtenida de la dinámica monopólica" mejoraría la entradilla, en la traducción he visto que pone algo como: "los científicos buscan monopolos analógicos" es una errata si lo puede cambiar por análogos, mejor.
Por lo demás está muy bien, aunque no creo que sea fácil de digerir sin conocimientos previos de física y matemáticas.
Abajo, en #4 , creo con el ejemplo del solenoide se podría entender mucho mejor.
#5 La traducción no me deja editarla, lamentablemente
Lo que sí quisiera, si me lo permite, es pedirle si podría darnos una explicación más o menos sencillita de lo que sería un "topological point defect" ya que las explicaciones que he obtenido, sobrepasan con creces mis conocimientos sobre el tema, y no he logrado que nadie me lo explique de una forma ... diré "más clara que precisa"
#6 No se puede explicar en una sola frase, por eso le he puesto ejemplos como es pasar del solenoide a la cuerda de Dirac, ya que los monopolos en general pueden ser cualquier defecto puntual en un campo vectorial de tres componentes definido en las tres dimensiones espaciales.
Otro ejemplo: Cuando ocurre una transición de fase, análogamente al hervir agua, no todo cambia inmediatamente de fase, sino que se producen burbujas en el nuevo estado (vacío verdadero) y fuera de las burbujas el sistema sigue en la fase anterior (falso vacío), estas burbujas comienzan a extenderse y al chocar entre ellas entre sus paredes queda atrapada una región del Universo en su estado anterior, esta región puede tener diferentes formas, y a estas formas se les llama defectos topológicos. Así finalmente las burbujas se extienden hasta cubrir toda la fase anterior y todo el sistema quedar en la nueva fase. Estos defectos topológicos pueden presentarse en forma de paredes, cuerdas, monopolos y texturas. http://www.astro.puc.cl/~npadilla/fia3009/trabajos/Cristina.pdf
https://cuentos-cuanticos.com/2013/04/12/defectos-topologicos-universo/
Para estudiar los defectos topológicos es necesario tener conocimientos de Topología Algebráica
Lo más importante en relación con los defectos topológicos es que ningún movimiento continuo de la “dirección” de la ruptura de simetría puede eliminarlos (donde consideramos que, en el defecto propiamente dicho, no hay ninguna dirección bien definida de ruptura de simetría, aunque una variación continua de esta dirección tiene lugar en otra parte). Debemos tener en cuenta que esta noción de dirección no se refiere a una dirección en el espacio ordinario, sino a una noción más abstracta de “dirección” que ocurre dentro del modelo físico en consideración.
#7 Bueno, creo que más o menos lo he entendido muchas gracias por las explicaciones y los aportes
Ya se habían observado monopolos anteriormente “Observation of Dirac monopoles in a synthetic magnetic field” https://www.nature.com/nature/journal/v505/n7485/full/nature12954.html
En el experimento los investigadores hicieron un condensado de Bose-Einstein (BEC) que haría las veces de la nube de electrones que formuló Dirac. Después, se le aplicaron al BEC campos magnéticos y ópticos externos, simulando el campo de un monopolo.
Lo que ocurrió, tal como lo predijo Dirac, es que el campo magnético tuvo efecto sobre los átomos y orientó sus espines tal y como si fueran la fuerza magnética de un monopolo. http://www.fisica.unam.mx/noticias_monopolosmagneticos2014.php
Los monopolos magnéticos fueron predichos por primera vez en la Teoría de la Relatividad, formulada por Albert Einstein a principios del S. XX; un poco más tarde, en 1931, fueron teorizados por el físico Paul Dirac en 1931, quien predijo que los polos norte y sur de un imán podían existir independientemente. Sin embargo, no pudieron demostrar la existencia de esta posibilidad hasta 1982. En este año, el físico Blas Cabrera consiguió registrar un monopolo magnético, pero no se lograron repetir los resultados.
Más tarde, en 2009, investigadores finlandeses publican una teoría sobre cómo crear los monopolos magnéticos en un condensado de Bose-Einstein, un gas atómico que se encuentra a una temperatura bajísima, cercana a los -273º C , también conocido como cero absoluto. Este método, tras resolver muchos problemas técnicos, es el que ha conducido a la creación en laboratorio del monopolo magnético sintético. http://www.muyinteresante.es/ciencia/articulo/cientificos-crean-el-primer-monopolo-magnetico-411391525446
Creation of Dirac Monopoles in Spinor Bose-Einstein Condensates
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.103.030401
Según Ville Pietilä y Mikko Möttönen, aplicando un campo magnético externo a un condensado Bose-Einstein (BEC) – un gran grupo de átomos fríos que exhiben propiedades de coherencia cuántica – pueden crear un defecto topológico puntual en la textura de espín del BEC. Estos defectos dar lugar a un campo de vorticidad que es esencialmente equivalente al campo magnético de un monopolo magnético. “Los monopolos en general pueden ser cualquier defecto puntual en un campo vectorial de tres componentes definido en las tres dimensiones espaciales, pero no están necesariamente asociados con un filamento singular (la cuerda de Dirac)”.
¿Y todo esto que significa? Explicación más sencilla:
Veamos: Una forma de simular un monopolo es usar un solenoide. Un solenoide es un arrollamiento de cable conductor por el que circula una corriente eléctrica. Sabemos que las corrientes eléctricas, cargas en movimiento, generan campos magnéticos.
La idea de Dirac, expresada de forma simple, es la de considerar que hacemos el solenoide cada vez más largo, de forma que, si tomamos el límite infinito para la longitud del solenoide, lo que observaríamos sería que las líneas de campo eléctrico saldrían o entrarían, abiertas. Este monopolo tendría una característica, la denominada cuerda de Dirac. Esta cuerda es una característica de este tipo de monopolo necesaria para que la formulación del electromagnetismo sea consistente. Sobre esta línea hay una discontinuidad de magnitudes físicas como el potencial electromagnético, esto es un tecnicismo.
Lo interesante de esta idea es que si existen los monopolos magnéticos entonces las cargas eléctricas están obligadas a ser múltiplos de una cantidad: e=2(pi)n/g
Donde e es la carga eléctrica, g la carga del monopolo, y n un número entero.
La existencia de monopolos es una característica inherente a las teorías de gran unificación. Estas teorías son las que describirían en un mismo marco teórico las interacciones electromagnética, débil y fuerte (observe la figura en el documento que le adjunto abajo)
Esta configuración, que se denomina defecto topológico, se comportaría como un monopolo magnético. Este tipo de monopolo fue introducido por t'Hooft y Polyakov
.
Propiedades de los monopolos
1. Sus masas serían muy elevadas. Es por eso que necesitaríamos experimentos de muy alta energía para producirlos o buscarlos en eventos muy energéticos por ejemplo en rayos cósmicos.
2. Sus interacciones con el campo electromagnético serían mucho más intensas que las de las cargas eléctricas.
3. Dado que sus masas son muy elevadas, de producirse alguno en un acelerador, podrían permanecer en reposo y no ser detectados e incluso podrían unirse a otras partículas o núcleos y pasar desapercibidos.
Su presencia, según las teorías de gran unificación, es inevitable. Así que esto plantea varios problemas en cosmología. Si se produjeron muchos monopolos estos, debido a su gran masa, deberían de haber dominado la evolución del universo. Cuestiones como estas dieron origen a la teoría inflacionaria del universo. http://www.investigacionyciencia.es/blogs/fisica-y-quimica/31/posts/estos-cientficos-estn-locos-la-bsqueda-del-monopolo-magntico-11114
Espero que esta explicación aclare algunas ideas.
Cuando he leído: The quantum monopole is a so-called topological point defect, that is, a single point in space surrounded by a structure in the non-magnetized state of the condensate that cannot be removed by continuous reshaping., he dejado de leer.
No obstante hacía ya varios párrafos que había dejado de entender.
EN cualquier caso, gracias por el meneo.
#2 yo le pregunté a Francis, de Naukas, pero la respuesta fue tan críptica como la noticia. Sólo he llegado a entender que es una especie de variación puntual en el campo magnético, que es muy grande y que es estable. Pero todas las respuestas que he encontrado versaban sobre topología, y por lo visto no destinadas a los que no sabemos demasiado de ese campo
¿Soy el único que ha leído monopolio cuántico?