Revista Agustina ISSN 2310-4759 Pág. 1-3 18 Agosto 2016
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Monopolos Magnéticos. Pamela Ivonne Quiza Choquehuanca, Universidad Nacional de San Agustín. RESUMEN: Para hacernos una idea de cómo sería un monopolo magnético si existiera, imaginemos una barra imantada que, como sabemos, posee en cada extremo un «un polo magnético» por el cual se atraen o se repelen. Estos polos son de dos tipos, llamados «norte» y «sur», y se comportan como las cargas eléctricas, positiva y negativa. Esa configuración del campo es un ejemplo de «campo bipolar», y sus líneas de campo no paran: giran y giran interminablemente. Si partimos por la mitad la barra imantada, no tenemos dos polos, el norte y el sur, separados, sino dos imanes. Un polo norte o sur aislado (un objeto con líneas de campo magnético que sólo salgan o que sólo entren) sería un monopolo magnético. De hecho, es imposible aislar una de estas cargas magnéticas. Nunca se ha detectado monopolos magnéticos, es decir partículas que poseyeran una sola carga magnética aislada. Puede que ello se deba a razones no aclaradas, o bien la naturaleza no creó monopolos magnéticos, o creó poquísimos. PALABRAS CLAVE: Cuan tizada, fenómenos, monopolos, teoría.
Abstract: To get an idea of what a magnetic monopole if any, imagine a bar magnet, as we know, has at each end a "magnetic pole" by which attract or repel. These poles are of two types, called "north" and "south", and behave as electrical and negative charges, positive. This field configuration is an example of "bipolar field", and its field lines do not stop: spin around and around endlessly. If we start in half the bar magnet, we have two poles, north and south, separated, but two magnets. A north or south pole isolated (an object with magnetic field lines that only come out or only) would be a magnetic monopole. In fact, it is impossible to isolate one of these magnetic charges. It has never been detected magnetic monopoles, ie particles possessing an isolated single magnetic charge. Perhaps this is due to unexplained reasons or nature did not create magnetic monopoles, or we created very few. Key Word: How teed , phenomena, monopoles , theory.
Pamela Ivonne Quiza Choquehuanca, cui: 20163046, DNI: 74456885.
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Un monopolo magnético es una partícula que tiene únicamente un polo magnético (norte o sur). Teóricamente, nada impediría la existencia del monopolo magnético; incluso, su existencia se hace necesaria en algunas teorías del origen del Universo. Hasta hace poco todos los intentos de crear un monopolo magnético en aceleradores de partículas habían fracasado. Sin embargo recientes experimentos llevados a cabo por un equipo del Amherst College (EE.UU.) y la Universidad de Aalto (Finlandia) han dado lugar a la creación en laboratorio del primer monopolo magnético sintético del mundo.
INTRODUCCIÓN Un monopolo magnético es una partícula elemental hipotética constituida por un solo polo magnético. De existir en la naturaleza, sería el equivalente a una "carga magnética" en el campo magnético, tal y como ocurre con la carga eléctrica en el caso del campo eléctrico. La hipótesis clásica es que un campo magnético tiene siempre asociados dos polos magnéticos llamados norte y sur respectivamente, al igual que un imán. Así, si se corta un imán en dos partes, cada una tendrá a su vez dos polos magnéticos. Por lo tanto, en la teoría clásica no se acepta la existencia de los monopolos magnéticos. Sin embargo, la idea de su descubrimiento está tomando fuerza e intriga a muchos científicos. La existencia de monopolos magnéticos fue formulada por Paul Dirac en 1931, quien no aceptaba la aparente asimetría que mostraban las ecuaciones de Maxwell las ecuaciones que rigen todos los fenómenos electromagnéticos. Al introducir en estas ecuaciones la existencia de los monopolos magnéticos éstas mostrarían una simetría en la interacción entre el campo eléctrico y el campo magnético, que da lugar al campo electromagnético.
DEFINICION ¿Quién no se ha quedado fascinado al ver un imán por primera vez? Un material que puede mover otro sin contacto físico. Seguramente el primer contacto con el magnetismo. En la escuela ya aprendemos sobre los imanes, un imán está formado por un polo norte y polo sur. Sabemos además que no se pueden disociar. Cuando, por error, hemos roto alguno lo que conseguimos son dos pequeños imanes con sus polos sur y norte. Entonces ¿a qué nos referimos con eso de un monopolo magnético? (1) 2016 Instituto de Física | Circuito de la Científica CP 04510
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Investigación Ciudad Universitaria México
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. rango de posibles valores de la masa del monopolo sea ENORME. Su masa podría ser desde unas 10 veces la masa del Bosón de Higgs hasta unos 1000 billones (1015) de veces mayor. Los límites inferiores provienen de las medidas realizadas en los experimentos realizados hasta el momento (ver entrada en francisthemulenews). ¿Pero como se puede buscar estás partículas? Los experimentos del CERN están buscando este tipo de partículas, en particular el experimento MoEDAL busca partículas muy ionizantes producidas en las colisiones y que dejarían trazas en láminas de plástico localizadas cerca del detector LHCb. El experimento ATLAS por su lado busca colisiones que tengan unas características propias de un monopolo magnético. Pero estas búsquedas cubren muy poco del amplio espectro posible de masas de un hipotético monopolo magnético.
La teoría electromagnética unifica electricidad y magnetismo. Las fórmulas que rigen el campo eléctrico también se utilizan de forma similar para el magnetismo. Se puede obtener con un set de fórmulas, intercambiando las cantidad eléctricas por las magnéticas, el otro set de fórmulas. Bueno, esto sería verdad salvo por el hecho de que tenemos cargas positivas y cargas negativas, pero los polos magnéticos siempre aparecen en pares norte-sur, no existen los polos individualmente, los monopolos.
Las partículas elementales tienen carga eléctrica (positiva o negativa) pero no tienen carga magnética. En realidad el magnetismo cotidiano no tiene nada que ver con estas unidades de carga magnética, los campos magnéticos son producidos por cargas en movimiento (Ley de Ampere) o como vimos, algunas partículas como el electrón poseen un momento magnético intrínseco, el espín. Pero el espín es un momento magnético es dipolar (con los dos polos).
Como se observaría un monopolo en ATLAS ¿Cómo se puede llegar más allá del rango que alcanza LHC? Si los monopolos existen, se habrían creado poco después del Big Bang. Algunos de ellos se habrían quedado ‘pegados’ a átomos que poseyeran momento magnético y por lo tanto podrían formar parte del material que forma la materia visible. Estos monopolos podrían estar en meteoritos, en la luna o en rocas de la tierra. En particular, en la tierra, las rocas magmáticas serían buenos candidatos para albergar monopolos. Siendo estos muy pesados los átomos a los que estarían pegados habrían sido atraídos con mayor intensidad hacia el centro de la tierra en la formación de esta quedando encerrados en el interior del manto terrestre. Las rocas de origen volcánico tendrían mayor concentración de monopolos en su interior. Pero del mismo modo que no hay una predicción teórica para su masa tampoco se conoce cuantos monopolos se habrían creado y existen en el universo actual. Sabemos que solo uno sería suficiente para explicar la cuantización de la carga, pero si existe solo uno las probabilidades de que se encuentre son remotas sino nulas. (1) 2016 Instituto de
Entonces, ¿por qué estamos interesados en los monopolos si no existen? En 1931 estudiando la cuantización del electromagnetismo, Paul Dirac descubrió algo que otorgo importancia a los monopolos. Vio que teoría cuántica simétrica para la electricidad y el magnetismo, esto es que el magnetismo también tuviera su ‘carga magnética’ o monopolo, tenía como resultado que la carga eléctrica estaba cuantizada. De forma natural aparecía que la carga solo podría aparecer en múltiplos de una carga fundamental, como sabemos que ocurre en la naturaleza (ver esta entrada). Estas partículas hipotéticas de masa desconocida actuarían como solo polo norte o sur. Demostró que con solo que existiera un monopolo en el universo sería suficiente para que la carga estuviera cuantizada. (3) 2002 Javier de Lucas
Física | Circuito de la Investigación Universitaria CP 04510 México
Esto seguramente habría quedado como un dato curioso, una teoría más, que aunque bonita formalmente no tendría ningún sentido. Pero lo que sucede es que en la actualidad es un elemento necesario para mayoría de las extensiones del Modelo Estándar: teorías de gran unificación GUT, teorías de cuerdas o la misma Supe simetría. Pero pesar de predecir su existencia ninguna de estas teorías predice su masa. Esto hace que el
Científica
Ciudad
Por el momento no hay señales de monopolos. En las revistas científicas aparecen de vez en cuando artículos hablando de la creación o descubrimiento de monopolos, pero estos no son realmente las partículas de las que hablábamos antes, son quasi-particles, estados que se forman en la materia. El último de estos
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. anuncios fue a finales de mayo de este año, pero para el descubrimiento de un monopolo partícula tendremos que esperar un poco más.
Asimismo, habría que ampliar la expresión de la Ley de Fuerza de Lorentz, para incluir la fuerza sobre cargas magnéticas
RESULTADOS Ecuaciones de Maxwell 14
jul
Según la
(2) Fundación Wikimedia, Inc 2013.
Con y el campo magnético desplazamiento eléctrico en el vacío.
teoría
y
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Hallazgos recientes En 1974 los físicos Gerard 't Hooft y Aleksandr Poliakov mostraron independientemente que de la teoría del campo unificado podía deducirse que los monopolos magnéticos debían existir, y que tienen una masa muy grande (varios trillones de veces mayor que la masa del electrón) aunque serían más pequeños que un protón. De las teorías del Big Bang se deduce que en los primeros momentos del Universo (en los primeros 1034 segundos) debieron formarse monopolos magnéticos en grandes cantidades, los cuales se aniquilaron poco después y sólo sobrevivió un cierto número. Un experimento realizado en la Universidad de Stanford por Blas Cabrera Navarro, hijo de Nicolás Cabrera y nieto de Blas Cabrera, basado en una bobina superconductora mantenida cerca del cero absoluto aparentemente logró detectar la pasada fortuita de un monopolo magnético el día 14 de febrero de 1982 a la 1:53.8 Sin embargo, no se ha podido repetir la medición. Esto puede deberse a la bajísima probabilidad de encontrar uno por puro azar. El 29 de enero de 2014, el profesor David S. Hall del Amherst College Physics y de la Academia Research Fellow Mikko Möttönen de laUniversidad Aalto reportan9 10 que han logrado crear, identificar y fotografiar monopolos magnéticos sintéticos en el laboratorio.
electromagnética de Maxwell, los monopolos magnéticos no existen. Aplicando la ley de Gauss a los campos magnéticos se obtiene:
Esta ecuación indica que las líneas de los campos magnéticos deben ser cerradas. Esto expresa que sobre una superficie cerrada, sea cual sea ésta, no seremos capaces de encerrar una fuente o sumidero de campo. Por lo que una supuesta partícula que emite un campo magnético B dentro de una superficie cerrada, tiene un flujo magnético a través de esa superficie igual a cero ya que entran en esa superficie tantas líneas de campo magnético como salen por la presencia de dipolos magnéticos. Así pues, esto expresa la no existencia del monopolo magnético. Si en algún momento se demuestra que esta integral tiene un valor distinto de cero, se demostrará la existencia de monopolos magnéticos, y la Ley de Gauss para el campo magnético debería modificarse para adoptar la forma:
AGRADECIM IENTO Agradezco a mis padres por su incondicional apoyo, al profesor Pedro Figueroa y a la Universidad Nacional de San Agustín. Donde correspondería a la densidad de monopolos magnéticos. Esta densidad de carga lleva aparejada una
REFERENCIAS (1) 2016 Instituto de Física | Circuito de la Investigación Científica Ciudad Universitaria CP 04510 México (2) Fundación Wikimedia, Inc 14 jul 2013. Densidad de corriente , la cual obliga a modificar la ley de Faraday, que pasaría a escribirse como
(3) 2002 Javier de Lucas
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