Il monopolo sintetico che viene dal freddo

Per la prima volta è stata dimostrata sperimentalmente l’esistenza di una particella con un solo polo magnetico. Il monopolo magnetico sintetico è stato creato e identificato nei laboratori dell’Amherst College, in Massachusetts, in collaborazione con teorici finlandesi.

di Stefano Parisini

David Hall e Michael Ray (primo autore dello studio su Nature) nel laboratorio dell’Amherst College

Ne era stata ipotizzata l’esistenza più di 80 anni fa da Paul Dirac, uno dei padri della fisica quantistica. Ma il monopolo magnetico, una particella magnetica con un singolo, isolato polo (un polo nord senza polo sud, o vice versa), non è mai stato osservato in natura. Ora un gruppo di ricerca, guidato da David S. Hall dell’Amherst College, in Massachusetts, Usa, e da Mikko Möttönen della Aalto University in Finlandia, è riuscito per la prima volta a creare, identificare e fotografare monopoli magnetici sintetici. L’esperimento, descritto su Nature, conferma non solo l’intuizione di Dirac, ma anche alcuni aspetti cruciali per la teoria delle stringhe e per le ipotesi sulla nascita dell’Universo. Inoltre, apre la strada alla rilevazione dei monopoli magnetici naturali, un risultato che avrebbe una portata rivoluzionaria comparabile alla scoperta dell’elettrone.

“La creazione di un monopolo magnetico sintetico ci fornisce una possibilità senza precedenti di capire diversi aspetti del monopolo magnetico naturale – sempre ammesso che esista,” ha detto Hall, spiegando le implicazioni del suo lavoro. La scoperta è stata possibile grazie a una tecnica di laboratorio sviluppata da Hall per esaminare il comportamento dei vortici di materia in un composto superfluido, detto condensato di Bose-Einstein, dove gli atomi (in questo caso elio-3) sono raffreddati fino a pochi miliardesimi di grado sopra lo zero assoluto. Forti di questa tecnologia, i ricercatori dell’Amherst si sono interessati al lavoro teorico di due scienziati finlandesi che nel 2009 avevano dimostrato la possibilità teorica di produrre artificialmente monopoli magnetici imprimendo un’opportuna rotazione a un condensato di Bose-Einstein. L’accoppiata si è dimostrata vincente e, dopo avere risolto innumerevoli problemi tecnologici, il lavoro del team è stato premiato con le fotografie che confermano la presenza dei monopoli magnetici all’estremità di minuscoli vortici quantistici nel gas ultra freddo, riuscendo a identificare non tanto la particella in sè ma gli effetti prodotti sullo spazio circostante.

Vedere quella fotografia per Hall è stato uno dei momenti più emozionanti della sua carriera. “Non è cosa di tutti i giorni – ha detto lo scienziato – scovare l’analogo di una elusiva particella fondamentale in condizioni di laboratorio altamente controllate.” Secondo Hall, la creazione di campi sintetici, sia elettrici che magnetici, rappresenta una nuova branca della fisica in rapida espansione, che può portare allo sviluppo e alla comprensione di materiali completamente nuovi, come superconduttori a temperatura ambiente. Inoltre, questa scoperta certamente fornisce un maggiore fondamento alle ricerche sui monopoli magnetici che vengono condotte al Large Hadron Collider del CERN. “Il nostro risultato spalanca nuove strade per la ricerca quantistica. Nel prossimo futuro, cercheremo di ottenere una più completa corrispondenza con il monopolo magnetico naturale,” ha aggiunto il collega Möttönen.

Per saperne di più:

• Lo studio su Nature: Observation of Dirac Monopoles in a Synthetic Magnetic Field, di M. W. Ray, E. Ruokokoski, S. Kandel, M. Möttönen, e D. S. Hall
• Il metodo usato per la creazione di monopoli è stato sviluppato in: Creation of Dirac Monopoles in Spinor Bose-Einstein Condensates, V. Pietilä ja M. Möttönen, Phys. Rev. Lett. 103, 030401 (2009)

Fonte: Media INAF | Scritto da Stefano Parisini

---