Ученые впервые создали магнит с одним полюсом

Все, кому с детства знакомы постоянные магниты, знают, что, разбив магнит, нельзя получить две половинки с одним положительным и одним отрицательным полюсом: каждый из осколков становится полноценным магнитом. 

Иначе говоря, практика показывает, что все магниты являются диполями и невозможно создать магнитный монополь - частицу с единственным, северным или южным, полюсом. Однако физики из частного Амхерстского колледжа (США) сделали невозможное и фактически создали магнит-монополь. 

Споры о существовании магнитной частицы с единственным полюсом ведутся уже сотни лет, с тех пор как началось детальное изучение феномена магнетизма. 

Схожесть электрических и магнитных сил природы вызывала недоумение из-за того, что электрические заряды существуют, а магнитные - нет. 

В 1931 году английский физик Поль Дирак опубликовал статью, в которой предсказал возможность обнаружения магнитного диполя, в честь его гипотетическую частицу и назвали - монополь Дирака. И хотя за восемь десятилетий эксперименты не привели к успеху, а диполь пытались найти в образцах лунного грунта и древних минералах, ученые продолжали ее поиски все более изощренными методами. 

Ученые из международной коллаборации под руководством профессора Дэвида Холла попытались сами создать монополь Дирака в лабораторных условиях с помощью искусственного магнитного поля, созданного внутри так называемого конденсата Бозе-Эйнштейна из сверхохлажденных атомов рубидия. 

Это особое агрегатное состояние вещества, температура которого превышает температуру абсолютного нуля лишь на миллиардные доли градуса. При такой температуре вещество начинает демонстрировать квантовые свойства. 

В своей работе, опубликованной в журнале Nature, ученые опирались на теоретическое предсказание того, что, меняя особым образом внешнее магнитное поле вокруг конденсата Бозе-Эйнштейна, в нем можно получить искусственный монополь. Решив ряд технических трудностей, команда ученых была вознаграждена снимками, на которых монополь Дирака был виден на краях мельчайших квантовых вихрей. Физики смогли увидеть и так называемую струну Дирака - предсказанную Дираком линию в квантовой системе, ограничивающую область монополя. 

"Создание искусственного магнитного монополя позволит нам взглянуть на проблему существования природного магнитного монополя, если он на самом деле существует", - сказал Холл. 

По его словам, эксперимент показал, что структуры, предсказанные Дираком, действительно можно создать, хотя их существование в природе так и остается под вопросом. 

Исследования, связанные с созданием искусственных электрических и магнитных полей, сейчас активно расширяющаяся область физики, которая может привести к созданию новых материалов для высокотемпературных сверхпроводников и возможности передачи электроэнергии без потерь. 

"Хотя эти результаты предлагают нам лишь аналог магнитного монополя, их соответствие теории укрепляет надежду на то, что эта частица будет найдена экспериментально", - считает Линдси Лебланк, физик из Университета Альберты, не участвовавшая в исследовании. По словам авторов открытия, их результат должен подстегнуть другие группы экспериментаторов, которые продолжают поиски магнитных монополей, в том числе с использованием Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе.