Magento monopolar

Íman para vasos

Uma das "baleias brancas" mais desconcertantes que os cientistas teóricos procuram é o ilusório monopolo magnético, que é um campo magnético com apenas um pólo.

O monopolo magnético tem estado na mente dos cientistas há mais tempo do que o bosão de Higgs, devido à sua possível influência na física contemporânea. E agora que se juntaram dois fenómenos que se assemelham ao monopolo magnético, a nossa maior hipótese de o descobrir ficou mais estranha.

Se não conhece o monopólo magnético, trata-se de uma partícula fictícia que a física quântica previu há muito tempo, mas que nunca ninguém conseguiu demonstrar que existe de facto.

E isso é um problema, pelo menos para alguns cientistas, porque a perceção da ausência de monopolos magnéticos está a complicar a nossa compreensão da natureza dos monopolos magnéticos.

A força gravitacional, a força electromagnética, a força nuclear forte e a força nuclear fraca são os quatro factores básicos que controlam o nosso universo.

Íman de neodímio de pote

A força electromagnética é o resultado da interação entre a eletricidade e o magnetismo, mas os dois não estão tão intimamente relacionados como o seu acoplamento ideal poderia levar a pensar.

Estranhamente, mesmo que se dividisse um íman ao meio, cada componente continuaria a ter os seus próprios pólos norte e sul. Toda a gente sabe que os ímanes têm estes pólos.

Esse íman teria sempre dois pólos (dipolo) em vez de um, independentemente do número de vezes que o cortássemos ao meio, até ao nível atómico (monopolo).

Ainda não foi descoberto um monopolo magnético na natureza; nunca o descobrimos.

um íman com um verdadeiro pólo norte ou sul. E isso é estranho porque os monopólos eléctricos, também conhecidos como cargas eléctricas, estão à nossa volta.

Além disso, as fórmulas básicas que explicam a natureza do eletromagnetismo tratam a eletricidade e o magnetismo de forma simétrica. Se o total dos componentes é simétrico, como é que as partes individuais podem ser assimétricas?

Dipolo monopolar

Íman de neodímio de pólo único
Diplole magnético, à esquerda. Monopólo magnético, como se vê. Fotografia de Maschen/Wikimedia

O cientista de partículas australiano T'Mir Danger Julius, da Universidade de Tecnologia de Swinburne, descreve que "os monopolos eléctricos existem sob a forma de partículas que têm uma carga eléctrica positiva ou negativa, como os protões ou os electrões" para o The Conversation.

"Nunca vimos monopolos magnéticos, mas podemos descobrir monopolos eléctricos sob a forma de partículas carregadas".

Os investigadores demoraram mais de 80 anos a produzir uma partícula monopolar magnética fabricada em laboratório, apesar da teoria de Paul Dirac dos anos 30 de que tais partículas poderiam ocorrer na natureza.

Uma equipa do Amherst College, em Massachusetts, e da Universidade Aalto, na Finlândia, revelou em 2014 que tinha conseguido criar o monopolo de Dirac sintetizado artificialmente que Dirac tinha profetizado.

Foi um feito significativo, mas apesar de ter demonstrado a possibilidade de uma partícula deste tipo existir no Universo, ainda estamos longe de saber se existe de facto. Os investigadores descreveram o seu monopolo de Dirac como um "análogo" de um monopolo magnético, ou seja, algo que se assemelha mas difere da coisa real.

No ano seguinte, os investigadores descobriram um outro monopolo magnético equivalente.

Segundo a equipa de investigação, cada cópia apresenta uma caraterística distinta do monopolo magnético fictício:

O monopolo quântico tem uma estrutura pontual no seu próprio campo que se aproxima da estrutura da própria partícula monopolar magnética, em contraste com a experiência do monopolo de Dirac, que imita o movimento de uma partícula carregada perto de um campo magnético monopolar.

Os mesmos especialistas têm estado a mexer nos seus análogos no presente e descobriram um resultado inesperado: um pode transformar-se subitamente no outro em menos de um segundo.

Embora a experiência tenha sido bastante detalhada, em geral, a equipa utilizou um gás muito diluído de átomos de rubídio que foi arrefecido até quase ao zero absoluto, onde criou um condensado de Bose-Einstein, um estado da matéria em que os átomos agem como se estivessem no vácuo.

Os cientistas desenvolveram o seu monopolo quântico nesta forma não magnetizada.

A equipa explica que o monopolo quântico é um exemplo do chamado defeito de ponto topológico, que é um ponto singular no espaço rodeado por uma estrutura no estado não magnetizado do condensado que não pode ser eliminado por uma remodelação constante.

Começaram então a magnetizar progressivamente o sistema para observar o que ocorria quando este entrava num estado magnetizado e descobriram que, para além de o monopolo quântico ser aniquilado, era também criado um monopolo de Dirac no processo.

O monopólo quântico está à esquerda e o monopólo de Dirac está à direita, como se pode ver abaixo. O brilho reflecte a orientação dos estados magnéticos interiores dos átomos, e as cores indicam.

pólo de devastação
Ollikainen Tuomas

Mikko Möttönen, da Universidade de Aalto, afirma: "Estava a dar saltos no ar quando vi pela primeira vez que obtemos um monopolo de Dirac a partir da decomposição".

"Os monopolos que temos vindo a fabricar ao longo dos anos estão muito bem ligados por esta descoberta".

Os investigadores têm agora uma pista tentadora sobre onde os dois tipos de modelos se podem encontrar no centro para se aproximarem ainda mais de um verdadeiro monopolo magnético. O que isto significa para a sua busca de um verdadeiro monopolo magnético ainda não é óbvio.

À semelhança da ilusória matéria negra, a descoberta de um monopolo magnético conduziria à descoberta de um ramo inteiramente novo da física. E estes especialistas chegaram mais perto do que ninguém de o compreender.

pólo de devastação
Ollikainen Tuomas

Mikko Möttönen, da Universidade de Aalto, afirma: "Estava a dar saltos no ar quando vi pela primeira vez que obtemos um monopolo de Dirac a partir da decomposição".

"Os monopolos que temos vindo a fabricar ao longo dos anos estão muito bem ligados por esta descoberta".

Os investigadores têm agora uma pista tentadora sobre onde os dois tipos de modelos se podem encontrar no centro para se aproximarem ainda mais de um verdadeiro monopolo magnético. O que isto significa para a sua busca de um verdadeiro monopolo magnético ainda não é óbvio.

À semelhança da ilusória matéria negra, a descoberta de um monopolo magnético conduziria à descoberta de um ramo inteiramente novo da física. E estes especialistas chegaram mais perto do que ninguém de compreender

Os pólos norte e sul dos ímanes podem ser separados cortando o íman ao meio, produzindo dois ímanes mais pequenos com pólos norte e sul independentes. Mas alguns cientistas acreditam que podem existir partículas magnéticas exóticas não detectadas que desafiam esta lei.

A procura destas entidades fictícias, conhecidas como monopolos magnéticos, com um único pólo norte ou sul, está atualmente em pleno andamento. Com base em informações provenientes de aceleradores de partículas e de restos de estrelas, duas equipas de investigadores reduziram ainda mais os pesos e as características potenciais das partículas.

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Há provas sólidas de que os monopólos magnéticos existem.

Segundo alguns cientistas. A carga eléctrica é quantizada, ou seja, parece aparecer sempre em múltiplos inteiros da carga de um eletrão em vez de um espetro contínuo de valores, o que se explica pela presença das partículas. Os monopolos magnéticos são, por isso, muito utilizados. James Pinfold, um físico de partículas da Universidade de Alberta, em Edmonton, Canadá, acredita que "muitas pessoas assumem que eles devem existir".

Os fundamentos da física seriam alterados se fosse descoberto um único monopolo magnético. Apesar de as fórmulas que regulam a eletricidade e o magnetismo serem duplicados exactos, existe uma distinção significativa entre os dois fenómenos. Nenhum objeto conhecido tem uma carga magnética, apenas os protões e os electrões contêm cargas eléctricas positivas e negativas, respetivamente.

O primeiro seria um monopolo magnético, que, se fosse encontrado, acabaria por colocar a eletricidade e o magnetismo em pé de igualdade.

Durante muitos anos, os investigadores procuraram em vão os monopólos magnéticos. A caça foi revitalizada por trabalhos recentes no Grande Colisor de Hádrons, no laboratório de física de partículas CERN, em Genebra. É possível que se formem monopólos magnéticos quando os protões colidem com uma energia recorde de 13 biliões de electrões-volt.

Infelizmente, apesar de ter examinado seis vezes mais dados do que os esforços anteriores do projeto, a investigação mais recente de Pinfold e colegas com o Detetor de Monopolos e Exóticos no LHC, ou MoEDAL (pronuncia-se "medalha"), não conseguiu descobrir quaisquer monopolos magnéticos. No entanto, o novo estudo impôs algumas das mais rigorosas limitações ao potencial de interação entre as partículas fictícias até à data.