{"id":26921,"date":"2024-10-12T14:59:56","date_gmt":"2024-10-12T13:59:56","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=26921"},"modified":"2024-10-12T15:07:33","modified_gmt":"2024-10-12T14:07:33","slug":"monopolos-magneticos-2","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2024\/10\/12\/monopolos-magneticos-2\/","title":{"rendered":"Monopolos magn\u00e9ticos"},"content":{"rendered":"

\"\"<\/p>\n

Cuando el LHC se pon\u00eda en marcha, algunos hablaron de que se pod\u00edan crear monopolos magn\u00e9ticos.<\/p>\n

 <\/p>\n

\"Cient\u00edficos \"Crean<\/p>\n

Cient\u00edficos crean el primer monopolo magn\u00e9tico – Crean el im\u00e1n de un solo polo, un sue\u00f1o de la F\u00edsica<\/div>\n
.<\/span><\/div>\n
.<\/span><\/div>\n

\"Monopolos<\/p>\n

 <\/p>\n

Monopolos magn\u00e9ticos fabricados en condensados de Bose-Einstein<\/span><\/div>\n
.<\/span><\/div>\n
.<\/span><\/div>\n
\n

“Desde el punto de vista te\u00f3rico, uno se siente inclinado a creer que los monopolos han de existir, debido a la belleza matem\u00e1tica de su concepci\u00f3n. Aunque se han hecho varias tentativas de hallarlos, ninguna ha tenido \u00e9xito. Debiera deducirse de ello que la belleza matem\u00e1tica en s\u00ed no es raz\u00f3n suficiente para que la naturaleza aplique una teor\u00eda. Nos queda a\u00fan mucho que aprender en la investigaci\u00f3n de los principios b\u00e1sicos de la naturaleza.”<\/p>\n

 <\/p>\n

\"Paul<\/p>\n

 <\/p>\n

P. A. M. DIRAC, 1981<\/p>\n

 <\/p><\/blockquote>\n

 <\/p>\n

En los a\u00f1os treinta del pasado siglo Paul Dirac realiz\u00f3 unos c\u00e1lculos te\u00f3ricos que indicaban que si existieran los monopolos magn\u00e9ticos, entonces se podr\u00eda cuantizar f\u00e1cilmente la carga del electr\u00f3n<\/a>. Bastar\u00eda que existiera un s\u00f3lo monopolo magn\u00e9tico en el Universo para que los electrones<\/a> tuvieran la carga que tienen y no otra.<\/p>\n

 <\/p>\n

\"Foto\"\"NeoFronteras<\/p>\n

 <\/p>\n

Las im\u00e1genes de arriba vinieron acompa\u00f1ada de la noticia siguiente:<\/p>\n

 <\/p>\n

“Afirman haber podido detectar por primera vez monopolos magn\u00e9ticos como un estado de la materia que se dar\u00eda a partir de una disposici\u00f3n especial de los momentos magn\u00e9ticos dentro de un cristal a baja temperatura.”<\/strong><\/p>\n

 <\/p>\n

En realidad, cohabitamos una naturaleza llena de fen\u00f3menos enigm\u00e1ticos. Uno de estos fen\u00f3menos es la asimetr\u00eda ins\u00f3lita que se observaba entre el magnetismo y la electricidad: no hay cargas magn\u00e9ticas comparables a las cargas el\u00e9ctricas. Nuestro mundo est\u00e1 lleno de part\u00edculas cargadas el\u00e9ctricamente, como los electrones<\/a> o los protones<\/a>, pero nadie ha detectado jam\u00e1s una carga magn\u00e9tica aislada. El objeto hipot\u00e9tico que la poseer\u00eda se denomina monopolo magn\u00e9tico.<\/p>\n

\n<\/blockquote>\n

\"Foto\"<\/p>\n

\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Montaje experimental. Foto: HZB, D.J.P. Morris y A. Tennant.<\/p>\n

 <\/p>\n

El grupo de investigadores dispuso un montaje experimental especial para poder detectar estas cuerdas de Dirac. Hicieron que un chorro de neutrones<\/a> impactara sobre una muestra a la que aplicaban un campo magn\u00e9tico. En el interior de la muestra se formaban cuerdas de Dirac que dispersaban los neutrones<\/a> con un patr\u00f3n espec\u00edfico que delataba su presencia.<\/p>\n

 <\/p>\n

\"Alta\"4.08ct<\/p>\n

 <\/p>\n

La muestra era un cristal de titanato de disprosio. La estructura cristalina de este compuesto tiene una geometr\u00eda notable, de tal modo que los momentos magn\u00e9ticos de su interior se organizan en lo que se llama un \u201cespagueti de espines\u201d. El nombre viene de la ordenaci\u00f3n de los dipolos, que forman una red de tubos contorsionados (cuerdas) por los que se transporta flujo magn\u00e9tico.<\/p>\n

 <\/p>\n

\"Monopolos\"Crean<\/p>\n

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Estos tubos pueden \u201chacerse visibles\u201d cuando los neutrones<\/a> interaccionan con ellos; pues los neutrones<\/a>, aunque no tienen carga el\u00e9ctrica, s\u00ed tienen momento magn\u00e9tico. El patr\u00f3n de dispersi\u00f3n de los neutrones<\/a> obtenido es una representaci\u00f3n rec\u00edproca de las cuerdas de Dirac contenidas en la muestra. Con el campo magn\u00e9tico aplicado los investigadores pod\u00edan controlar la simetr\u00eda y orientaci\u00f3n de las cuerdas. A temperaturas de entre 0,6 a 2 grados Kelvin los investigadores pudieron ver pruebas de la existencia de monopolos magn\u00e9ticos (la temperatura suele ser la peor enemiga del magnetismo, pues tiene a desordenarlo todo) en forma de este tipo de cuerdas seg\u00fan se acaba de describir.<\/p>\n

 <\/p>\n

\"Forschungshighlights\"\"Magn\u00e9tisme<\/p>\n

\"F\u00edsica\"Estos<\/p>\n

En cuestiones como estas de los Monopolos magn\u00e9ticos, uno puede pensar que los f\u00edsicos est\u00e1n locos<\/p>\n

 <\/p>\n

Adem\u00e1s pudieron ver la firma que en la capacidad calor\u00edfica dejada el gas de monopolos, viendo que estas cuerdas interaccionan de manera similar a como lo hacen las cargas el\u00e9ctricas, lo que era de prever para el caso de monopolos magn\u00e9ticos. En este resultado los monopolos no son part\u00edculas, sino que emergen como un estado de la materia, en concreto a partir de un arreglo especial de los dipolos que forman parte del material.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

 <\/p>\n

Para hacernos una idea de c\u00f3mo ser\u00eda un monopolo magn\u00e9tico si existiera, imaginemos una barra imantada que, como sabemos, posee en cada extremos un \u00abun polo magn\u00e9tico\u00bb por el cual se atraen o se repelen. Estos polos son de dos tipos, llamados \u00abnorte\u00bb y \u00absur\u00bb, y se comportan como las cargas el\u00e9ctricas, positiva y negativa. Esa configuraci\u00f3n del campo es un ejemplo de \u00abcampo bipolar\u00bb, y sus l\u00edneas 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 l\u00edneas de campo magn\u00e9tico que s\u00f3lo salgan o que s\u00f3lo entren) ser\u00eda un monopolo magn\u00e9tico. De hecho, es imposible aislar una de estas cargas magn\u00e9ticas. Nunca se ha detectado monopolos magn\u00e9ticos, es decir part\u00edculas que poseyeran una sola carga magn\u00e9tica aislada. Puede que ello se deba a razones no aclaradas, o bien la naturaleza no cre\u00f3 monopolos magn\u00e9ticos o cre\u00f3 poqu\u00edsimos.<\/p>\n

 <\/p>\n

\"Rivalidades\u00a0 \"CIENCIA.<\/p>\n

\"34. \u00a0\"La<\/p>\n

 <\/p>\n

Todos sabemos que hay cargas el\u00e9ctricas de distinto signo, tanto positivas como negativas. De este modo podemos reunir unas cuantas cargas de un signo dado en un recinto espacial y ver c\u00f3mo todas las l\u00edneas de campo entran o salen del mismo a trav\u00e9s de su superficie. Esto viene dado por la ley de Gauss del campo electrost\u00e1tico, que es una de las leyes de Maxwell. En su forma diferencial se escribe de la siguiente forma:<\/p>\n

 <\/p>\n\n\n\n
\"Foto\"<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

 <\/p>\n

Donde\u00a0E<\/strong>\u00a0es el campo el\u00e9ctrico. Mientras que en su forma integral viene dada por:<\/p>\n

 <\/p>\n\n\n\n
\"Foto\"<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

 <\/p>\n

O lo que es lo mismo: si sumamos las l\u00edneas de campo\u00a0E<\/strong>\u00a0que salen y entran en una superficie cerrada nos dar\u00e1 la distribuci\u00f3n de carga total encerrada dentro de esa superficie. Para situaciones con geometr\u00eda esf\u00e9rica este problema es trivial, pues el campo ser\u00e1 equivalente al generado por una carga puntual, pero no lo es tanto si es de otro modo. Tambi\u00e9n nos dice que el campo dentro de una esfera hueca cargada es nulo, puesto que cualquier superficie cerrada interior no contiene ninguna carga.<\/p>\n

 <\/p>\n

\"Resultado<\/p>\n

 <\/p>\n

En cambio, los monopolos el\u00e9ctricos (part\u00edculas que llevan carga el\u00e9ctrica) son muy abundantes. Cada chispa de materia contiene un n\u00famero incre\u00edble de electrones<\/a> y protones<\/a> que son aut\u00e9nticos monopolos el\u00e9ctricos. Podr\u00edamos imaginar las l\u00edneas de fuerza del campo el\u00e9ctrico surgiendo de una part\u00edcula cargada el\u00e9ctricamente o convergiendo en ella y empezando o acabando all\u00ed. Adem\u00e1s, la experiencia ha confirmado la ley de conservaci\u00f3n de la carga el\u00e9ctrica: la carga monop\u00f3lica el\u00e9ctrica total de un sistema cerrado no puede crearse ni puede destruirse. Pero en el mundo del magnetismo, no existe nada similar a los monopolos el\u00e9ctricos, aunque un monopolo magn\u00e9tico sea f\u00e1cilmente concebible.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

\"Teoria\"Ecuaciones<\/p>\n

 <\/p>\n

La teor\u00eda electromagn\u00e9tica unifica la fuerza el\u00e9ctrica y la fuerza magn\u00e9tica. La fuerza el\u00e9ctrica es generada por la presencia de cargas el\u00e9ctricas (el electr\u00f3n<\/a>, por ejemplo), mientras que la fuerza magn\u00e9tica surge por el movimiento de estas mismas cargas. El campo magn\u00e9tico de un im\u00e1n proviene del movimiento de los electrones<\/a> alrededor de los n\u00facleos de hierro.<\/p>\n

James Clerk Maxwell, el f\u00edsico escoc\u00e9s que unific\u00f3 matem\u00e1ticamente los campos magn\u00e9tico y el\u00e9ctrico en 1864, inclu\u00eda en sus ecuaciones electromagn\u00e9ticas fundamentales la existencia de cargas el\u00e9ctricas, pero no incluy\u00f3 la posibilidad de cargas magn\u00e9ticas. Le habr\u00eda resultado f\u00e1cil hacerlo; la inclusi\u00f3n, a nivel est\u00e9tico, habr\u00eda hecho sus ecuaciones bellamente sim\u00e9tricas respecto a la electricidad y el magnetismo. Pero al igual que otros f\u00edsicos, Maxwell no hall\u00f3 prueba alguna de que hubiera en la naturaleza cargas magn\u00e9ticas y las excluy\u00f3, por principio, de sus ecuaciones. Los f\u00edsicos consideran desde entonces extra\u00f1a la asimetr\u00eda natural de la electricidad y el magnetismo.<\/p>\n

 <\/p>\n

\"El\"Archivo:Espectro-electromagnetico.jpg\"<\/p>\n

El magnetismo es un fen\u00f3meno f\u00edsico por el que los materiales ejercen fuerzas de atracci\u00f3n o repulsi\u00f3n sobre otros materiales.<\/p>\n

 <\/p>\n

Siguieron profundizando en sus estudios del campo electromagn\u00e9tico maxwelliano. Sab\u00edan que las ecuaciones de Maxwell pod\u00edan simplificarse si se derivaban matem\u00e1ticamente los campos el\u00e9ctrico y magn\u00e9tico de otro campo a\u00fan m\u00e1s b\u00e1sico: un campo de medida. El campo de medida electromagn\u00e9tico es el ejemplo primero y m\u00e1s simple de la concepci\u00f3n general de campo de medida que descubrir\u00edan mucho despu\u00e9s Yang y Mills. Curiosamente, al aplicar las ecuaciones de Maxwell al campo simple de medida, los f\u00edsicos comprobaron que la ausencia de carga magn\u00e9tica se explicaba matem\u00e1ticamente. Rec\u00edprocamente, pudieron demostrar que la ausencia de carga magn\u00e9tica entra\u00f1aba matem\u00e1ticamente la existencia de un campo de medida. El campo de medida introdujo as\u00ed una asimetr\u00eda entre los campos el\u00e9ctrico y magn\u00e9tico.<\/p>\n

 <\/p>\n

\"El \u00a0\"F\u00cdSICO<\/p>\n

\"C\u00f3mo \u00a0\"Resto<\/p>\n

\u00a0\u00a0\u00a0 En realidad, \u00bfQui\u00e9n sabe lo que puede haber en el Universo? Magnetismo por todas partes<\/p>\n

 <\/p>\n

Pero la introducci\u00f3n del campo de medida como estructura subyacente del electromagnetismo se consideraba entonces una novedad matem\u00e1tica, un truco conceptual y no verdadera f\u00edsica. De la idea del campo de medida sacabas exactamente (ninguna carga magn\u00e9tica) lo que pon\u00edas en ella (ninguna carga magn\u00e9tica). Luego, en los a\u00f1os veinte, el matem\u00e1tico Hermann Weyl demostr\u00f3 que la incorporaci\u00f3n de los campos el\u00e9ctrico y magn\u00e9tico en la nueva teor\u00eda cu\u00e1ntica exig\u00eda concretamente una interpretaci\u00f3n en t\u00e9rminos del campo de medida. Y se empez\u00f3 as\u00ed a comprobar que el campo de medida electromagn\u00e9tico era f\u00edsicamente importante, adem\u00e1s de interesante matem\u00e1ticamente. La mec\u00e1nica cu\u00e1ntica parec\u00eda hecha a la medida de los campos de medida, y, curiosamente, los campos de medida presupon\u00edan la ausencia de monopolos magn\u00e9ticos. Este planteamiento te\u00f3rico coincid\u00eda tan absolutamente con la experiencia que la idea del campo de medida electromagn\u00e9tico se asent\u00f3 con mucha firmeza. Pero luego, lleg\u00f3 Paul Dirac.<\/p>\n

 <\/p>\n

\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \"\"<\/p>\n

 <\/p>\n

\n

“Uno puede describir la situaci\u00f3n diciendo que el matem\u00e1tico juega a un juego en el que \u00e9l mismo inventa las reglas, mientras que el f\u00edsico juega a otro en que las reglas vienen fijadas por la naturaleza, pero con el transcurrir del tiempo se hace cada vez m\u00e1s evidente que las reglas que los matem\u00e1ticos encuentran interesantes son las mismas que ha elegido la naturaleza”.<\/p>\n

\n<\/blockquote>\n

En 1931, Dirac empez\u00f3 a examinar las consecuencias f\u00edsicas de la \u00abbelleza matem\u00e1tica\u00bb del campo de medida electromagn\u00e9tico en la teor\u00eda cu\u00e1ntica. Seg\u00fan \u00e9l: \u00abCuando realic\u00e9 este trabajo, ten\u00eda la esperanza de encontrar una explicaci\u00f3n de la constante de estructura fina (la constante relacionada con la unidad fundamental de carga el\u00e9ctrica). Pero no fue as\u00ed. Las matem\u00e1ticas llevaban inexorablemente al monopolo.\u00bb En contra del punto de vista te\u00f3rico predominante, Dirac descubri\u00f3 que la existencia de un campo de medida electromagn\u00e9tico y la teor\u00eda cu\u00e1ntica unidas presupon\u00edan que en realidad los monopolos magn\u00e9ticos pod\u00edan existir… siempre que la unidad fundamental de carga magn\u00e9tica tuviese un valor espec\u00edfico. El valor de la carga magn\u00e9tica que hall\u00f3 Dirac era tan grande que si en realidad existiesen monopolos magn\u00e9ticos en la naturaleza, tendr\u00edan que ser f\u00e1cilmente detectables, debido a los efectos de sus grandes campos magn\u00e9ticos.<\/p>\n

 <\/p>\n

\"\"<\/p>\n

 <\/p>\n

Para entender mejor las consecuencias de las investigaciones de Dirac imaginemos una barra imantada delgada de kil\u00f3metro y medio de longitud, con un campo magn\u00e9tico en cada extremo. En este caso, el campo magn\u00e9tico se parece al de un monopolo magn\u00e9tico porque el im\u00e1n es muy delgado y los extremos est\u00e1n muy alejados. Pero no es un aut\u00e9ntico monopolo, porque las l\u00edneas del campo magn\u00e9tico no terminan realmente en la punta ,del im\u00e1n; se canalizan a trav\u00e9s de \u00e9ste y surgen por el otro extremo.<\/p>\n

Imaginemos luego que un extremo de este delgado im\u00e1n se extiende hasta el infinito, reduci\u00e9ndose su grosor matem\u00e1ticamente a cero. El im\u00e1n parece ahora una l\u00ednea matem\u00e1tica, o una cuerda, con un campo magn\u00e9tico radial que brota de su extremo: un aut\u00e9ntico monopolo magn\u00e9tico puntiforme: Pero, \u00bfy esa cuerda infinitamente delgada (llamada cuerda de Dirac) que canaliza el flujo del campo magn\u00e9tico hasta el infinito? Dirac demostr\u00f3 que si la carga magn\u00e9tica del monopolo, con un valor g, cumpl\u00eda la ecuaci\u00f3n:<\/p>\n

ge = n\/2<\/p>\n

n = 0, \u00b1 1, \u00b1 2…<\/p>\n

en la que e es la unidad fundamental de carga el\u00e9ctrica (una cantidad conocida experimentalmente), la presencia de esa cuerda no podr\u00eda detectarse nunca f\u00edsicamente. Seg\u00fan Dirac, la cuerda se convierte entonces sencillamente en un artilugio matem\u00e1tico descriptivo sin realidad f\u00edsica, igual que las coordenadas de los mapas son artilugios matem\u00e1ticos que utilizamos para describir la superficie de la Tierra, carentes de significado f\u00edsico. La cuerda de Dirac con un monopolo magn\u00e9tico en la punta era matem\u00e1ticamente una l\u00ednea en el espacio, a lo largo de la cual el campo de medida electromagn\u00e9tico no estaba definido. Pero sorprendentemente esta falta de definici\u00f3n no ten\u00eda consecuencias mensurables, siempre que la carga del monopolo magn\u00e9tico cumpliese la condici\u00f3n de Dirac. Otra consecuencia m\u00e1s del monopolo de Dirac era que la carga magn\u00e9tica se conservaba rigurosamente como la carga el\u00e9ctrica.<\/p>\n

 <\/p>\n

\"\"<\/p>\n

 <\/p>\n

\u00bfQui\u00e9n dir\u00eda, viendo a este ni\u00f1o, que de mayor, desarrollar\u00eda un trabajo sobre el electr\u00f3n<\/a> que nada tiene que envidiar a las teor\u00edas de Einstein<\/a>? Es Paul Dirac de ni\u00f1o, all\u00e1 por el a\u00f1o 1907. Despu\u00e9s de los importantes trabajos de Dirac, los f\u00edsicos te\u00f3ricos aceptaron la posible existencia de monopolos magn\u00e9ticos, pensando que si ninguna ley f\u00edsica rechazaba su existencia, quiz\u00e1 existiesen.<\/p>\n

 <\/p>\n

\"Ecuaci\u00f3n \u00a0\"Viral<\/p>\n

\u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 \u00a0 Una ecuaci\u00f3n que nos habla del portentoso cerebro humano<\/p>\n

 <\/p>\n

Resumiendo, nada se opone, a priori, a la existencia de cargas magn\u00e9ticas aisladas. Estos monopolos magn\u00e9ticos producir\u00edan una fuerza magn\u00e9tica, mientras que sus movimientos engendrar\u00edan una fuerza el\u00e9ctrica. Pero, por una raz\u00f3n misteriosa, la naturaleza no parece haberse jugado aqu\u00ed por la simetr\u00eda, pues cre\u00f3 \u00abmonopolos el\u00e9ctricos\u00bb y aparentemente no monopolos magn\u00e9ticos.<\/p>\n

\u00bfCausa problemas esta asimetr\u00eda, \u00bfDeber\u00edan existir los monopolos magn\u00e9ticos? La respuesta tradicional de los f\u00edsicos es: no necesariamente. La teor\u00eda sugiere su existencia, pero no la exige, y se acomoda muy bien con su ausencia.<\/p>\n

 <\/p>\n

\"Resultado<\/p>\n

 <\/p>\n

Mas en el marco de la teor\u00eda del Big Bang<\/a> la situaci\u00f3n es diferente. En el momento del quiebre. de la simetr\u00eda de gran unificaci\u00f3n, se engendraron cantidades de monopolos magn\u00e9ticos. Estas part\u00edculas, casi tan masivas como las X y las Y, \u00a1deber\u00edan ser tan numerosas como los protones<\/a>! Masas tan gigantescas deber\u00edan poder se\u00f1alarse f\u00e1cilmente. \u00bfPor qu\u00e9 no se dejan percibir por nuestros detectores?<\/p>\n

De hecho, con esta masa y esta poblaci\u00f3n, los monopolos magn\u00e9ticos, si existiesen, otorgar\u00edan al universo una densidad bastante superior que la densidad cr\u00edtica<\/a>. Bajo su efecto gravitatorio, \u00a1el universo se habr\u00eda cerrado hace mucho tiempo! Y \u00bfde nosotros? Ni hablar…<\/p>\n

No est\u00e1n aqu\u00ed y tanto mejor. Pero, \u00bfpor qu\u00e9? El problema de los monopolos ausentes es otra de las patolog\u00edas de las debilidades del Big Bang<\/a>.<\/p>\n

 <\/p>\n

Emilio Silvera<\/p>\n

\r\n\t\t\r\n\t\t
<\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span>hotmail correo<\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span>[?]<\/a><\/span><\/td><\/tr><\/table><\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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