Dos equipos independientes consiguen detectar "monopolos magnéticos"

Dos investigaciones independientes, una de ellas dirigida por Tom Fennell del Instituto Laue-Langevin, y la otra dirigida por Jonathan Morris del Centro Helmholtz de Materiales y Energía, fueron el pasado mes de octubre en Science. Ambas investigaciones han conseguido detectar que determinadas regiones de materiales como el titanato de holmio y el titanato de disprosio se comportan como monopolos magnéticos.

Todos hemos tenido alguna vez un imán en la mano y sabemos que todo imán presenta dos polos, uno norte y otro sur. Es más, si partimos un imán por la mitad lo que obtenemos son dos nuevos imanes, cada uno de ellos con su polo norte y su polo sur. Si seguimos repitiendo este proceso, siempre sucedería lo mismo, incluso si llegáramos al punto de quedarnos sólo con un electrón girando en una órbita, el campo magnético asociado a dicho electrón sigue presentando dos polos. Por lo tanto, en principio, los monopolos magnéticos no deberían existir, al menos desde el punto de vista de la física clásica, pero dentro de la física cuántica el asunto no es tan sencillo.

Para encontrar la primera referencia a los monopolos magnéticos hay que remontarse hasta 1931 cuando Paul Dirac postula su existencia. Según el trabajo de Dirac, los monopolos magnéticos podrían explicar la cuantización de la carga eléctrica. En 1974 dos físicos, Gerard ’t Hooft y AlexanderM. Polyakov, mostraron de forma independiente que la existencia de los monopolos magnéticos era una predicción de las teorías de gran unificación, las cuales sostienen que a niveles altos de energía tres de las cuatro interacciones fundamentales que conocemos, a saber, la interacción electromagnética, la fuerza débil y la fuerza fuerte, son distintos aspectos de una misma interacción. Por otro lado, desde el punto de vista de la cosmología la existencia de los monopolos suponía un problema. Según el modelo del Big Bang, en los primeros instantes del Universo debieron formarse monopolos magnéticos, entonces, ¿por qué no encontrábamos ninguno? La solución vino por parte del modelo inflacionario desarrollado principalmente por Alan Guth. Dicho modelo proponía que el Universo en sus primeros instantes experimentó una expansión exponencial, la cual sería la causante de haber alejado los monopolos, haciendo de este modo que sea muy difícil conseguir detectar alguno.

Ya en 1982, Blas Cabrera publicó el artículo "First results from a superconductive detector for moving magnetic monopoles", en la prestigiosa Physical Review Letters. En él se explicaba un experimento realizado con una bobina superconductora donde se pudo haber detectado el paso de un monopolo magnético, desgraciadamente el resultado no ha vuelto a repetirse, tal vez, porque sea cierto que los monopolos magnéticos son realmente escasos.

En los resultados presentados en Science, los "monopolos" detectados no son partículas con un sólo polo magnético como predicen las teorías de gran unificación, sino que son variaciones en los patrones de los iones que forman los materiales, es decir, bajo determinadas condiciones algunas regiones de los materiales usados se comportan como monopolos magnéticos, pero no se ha producido la detección directa de un monopolo magnético.

Los materiales utilizados en los experimentos de los equipos de Fennell y Morrison reciben el nombre de "spin ice", cuya principal característica es que los átomos que los conforman tienen una distribución similar a la que tienen los átomos en el hielo común que todos tenemos en nuestras neveras. El equipo de Fennell dirigió un haz de neutrones a su muestra y observaron como estos eran dispersados al incidir en el cristal. Lo que encontraron es que los neutrones se dispersaban como si en el interior de la muestra hubiera "monopolos magnéticos". Por su parte el equipo de Morrison sometió su muestra a un campo magnético y después la bombardearon con neutrones y los resultados mostraron que el material parecía estar lleno de un "gas de monopolos magnéticos".

A pesar de no haber detectado directamente un monopolo magnético, los hallazgos han sido una sorpresa y es difícil saber que consecuencias puedan tener en un futuro. Por ejemplo, Fennell piensa que estos "monopolos" podrían ser la base de una versión magnética de la electrónica actual.

Ismael Pérez Fernández.