Un sol pol, un somni

En 1982 uns físics de la Universitat de Stanford van mesurar un senyal suposadament provocat per un monopol magnètic. Aquesta creença indica que els monopols creats en l'explosió de Big bang encara es mouen lliurement en l'espai, i que un d'ells va passar per la Universitat de Stanford, al mateix temps que el físic Blas Cabrera estava realitzant un experiment. Va passar per l'interior d'una espira de material superconductor i es va produir un salt en el flux magnètic. Cabrera estava convençuda d'això perquè la caiguda del flux magnètic va ser exactament igual a la provocada per un monopol. Aquesta història es coneix com el succés del Stanford.

Cabrera va poder publicar aquest mesurament en la revista Physical Review Letters i la universitat li va donar diners per a comprar un equip millor i repetir experiments. Però l'esdeveniment de Stanford mai s'ha repetit. Ni Cabrera ni ningú més del món han detectat un altre monopoli.

Des de llavors hi ha hagut un gran debat. D'una banda, era difícil reconèixer que el mesurament de Cabrera era era un descobriment del monopol magnètic, ja que era una observació única, i que els resultats d'un descobriment han de ser repetibles. D'altra banda, no es podia demostrar si l'origen de l'observat va ser o no un monopol. Molts grups van mostrar el seu interès en el succés de Stanford. Per exemple, en 1984 l'equip CFM del laboratori Fermilab va repetir l'experiment de Cabrera modificant les condicions per a facilitar la detecció i no va detectar monopolis. Segons ells, la probabilitat que el succés de Stanford sigui un monopol és molt baixa. Potser un altre factor podia modificar el flux magnètic en aquesta mesura.

De fet, amb el temps molts físics van descobrir que l'encesa i apagat d'un dispositiu elèctric també modifica el flux magnètic. Aquest era realment un descobriment. ( En The Big bang Theory utilitzar aquest descobriment i el succés de Stanford en un capítol relacionat amb el z monopol magnètic.)

Oportunitat per a la fantasia

Amb el temps, l'esdeveniment de Stanford ha perdut importància. La comunitat científica no ho va considerar com un descobriment i la cerca del monopoli va seguir endavant. Encara estan en això. Alguns físics diuen que el monopol ha d'existir perquè alguns càlculs teòrics així ho indiquen; i si el trobessin, seria una revolució en la física. Altres físics afirmen que el monopol magnètic és només una fantasia.

Paul Dirac. Ed. Fundació Nobel

I és veritat que la física d'avui està plena de fantasia. Els físics no sempre observen l'univers per a realitzar descobriments, a vegades desenvolupen una teoria utilitzant dades anteriors i busquen tot el que sustentaria aquesta teoria. En molts casos, els càlculs teòrics prediuen què ha d'existir i què no. Però pot ser una fantasia. En l'actualitat existeixen molts exemples: universos paral·lels, taquiones (partícules més ràpides que la llum), partícules elementals estranyes, matèria i energia fosques, etc.

En certa manera, no és just dir fantasia a tots ells, ja que de tant en tant es confirma aquest tipus d'hipòtesis teòriques. Així, per exemple, van trobar el planeta Neptú; un físic va calcular que, veient com es movien els planetes coneguts, un planeta havia d'estar en un determinat entorn del sistema solar. Els astrònoms van buscar aquell nou planeta i van descobrir Neptú. Un altre exemple és el bosó Higgs, que en 1964 el físic anglès Peter Higgs va desenvolupar una teoria de la massa de partícules basada en una suposada partícula (un bosó). Va anunciar l'existència de la partícula i la van trobar a la fi de 2011 (encara que encara és un descobriment a confirmar).

Però també hi ha hagut grans derrotes. Per exemple, el XIX. En el segle XIX, alguns físics van afirmar que un planeta havia d'estar entre el Sol i Mercuri. Com a argument es va utilitzar el mateix argument que per a anunciar a Neptú, que Mercuri tenia una òrbita molt estranya i que un altre planeta explicaria aquesta òrbita. El presumpte planeta es va dir Bulkano i va ser buscat amb ganes. Però la relativitat general d'Albert Einstein va explicar que l'estranya òrbita de Mercuri és conseqüència de la proximitat amb el Sol i que Bulkano no existeix.

Un altre exemple és l'èter, una substància que omple el buit de l'univers. Molts físics creien que existia. Però Albert Abraham Michelson i Edward Morley van dissenyar un experiment que va descartar totalment la idea de l'èter, un dels pilars de la relativitat especial d'Einstein.

Neptú i el bosó suposadament Higgs són reals. Bulcano i èter només fantasies. I el monopol magnètic? De moment, el monopol forma part del llistat de fantasies físiques. Però cal reconèixer que està molt alt en aquest llistat.

Dirac dixit

El britànic Paul Dirac va estimar que el monopol magnètic pot existir en algunes estructures en forma de corda. Aquestes suposades estructures es denominen, precisament, cordes de Dirac. No obstant això, de moment ningú els ha trobat. Figura : Guillermo Roa.

Cada any hi ha notícies sobre el descobriment del monopol. S'han trobat sistemes que actuen com a monopols, com al setembre de 2009 els físics del centre Helmholtz de Berlín van anunciar per primera vegada que havien detectat el monopol en un imant de dispersió de titani. Aquest material es cristal·litza en una estranya geometria i algunes zones de l'interior del cristall poden ser considerades monopolistes. Però encara que el descobriment té importància, no és el que esperen els científics. El veritable descobriment seria trobar una partícula amb un únic pol magnètic. Es creu que pot existir. Així ho testifiquen els càlculs realitzats pel gran físic anglès Paul Dirac en 1931. Dirac deia que no buscava el mateix monopol, però que apareixia en els càlculs; els càlculs anunciaven unes estructures en forma de corda amb un sol pol magnètic, unes partícules elementals. Són les cordes de Dirac.

I és possible que la corda de Dirac ocupi el lloc dels fotons en la teoria de la força electromagnètica. Fins ara els físics reconeixen que els fotons transmeten el magnetisme (i l'electricitat). És a dir, el pol positiu d'un imant atreu al pol negatiu perquè quan estan a prop intercanvien fotons. Però potser els culpables no són els fotons, sinó les cordes de Dirac. Els càlculs d'algunes teories, realitzats per Dirac, ho anuncien.

I, segons molts físics, és lògic. Les partícules amb una sola càrrega elèctrica són conegudes, com l'electró i el protó, per què no existiran partícules amb un sol pol magnètic? Com ara s'entén, l'electricitat i el magnetisme són pràcticament iguals amb aquesta excepció, és a dir, que no es coneix el monopol magnètic però sí l'elèctric.

Matemàticament és fàcil trobar el monopol magnètic. Un imant típic té els dos pols en els extrems, i amb l'extensió d'aquesta estructura els pols s'allunyen els uns dels altres. En una estructura que s'allarga fins a l'infinit, cada extrem serà un monopol. I sense arribar fins a l'infinit, això és el que han aconseguit els físics del centre Helmholtz de Berlín; hi ha parts o zones d'un material que actuen com si fossin monopols. No obstant això, no és un monopol magnètic pur. No és una partícula amb un sol pol. La cerca d'aquesta partícula no ha conclòs.

El propi Dirac acceptava la situació després de 50 anys. En 1981 escriu sobre el monopol: "Des del punt de vista teòric, tinc tendència a pensar que existeixen monopols per la bellesa que té la matemàtica de la seva creació. Encara que s'han realitzat molts assajos per a detectar-los, cap ha tingut èxit. D'aquí hauríem de concloure que la bellesa matemàtica no és suficient perquè la naturalesa apliqui una teoria. Ens queda molt per investigar sobre els principis bàsics de la naturalesa".

Han passat 30 anys més i la cerca està en un estat similar. S'ha buscat prop del zero absolut, amb materials especials que es cristal·litzen segons una topologia especial, tractant de mesurar els efectes magnètics estranys que produirien els monopols, com l'efecte quàntic Hall. I el monopol no apareix. Segueix en la llista de fantasies físiques. Entre els físics encara és un tema de moda. Fins quan?

Monopol magnètic vs. James Maxwell

La cerca del monopol magnètic es pot equiparar al cas dels neutrins que es mouen més ràpid que la llum. En definitiva, l'emoció del cas dels neutrins resideix en el personatge d'Albert Einstein; és possible que es qüestioni la gran teoria del científic més prestigiós, la qual cosa provoca un punt de morbositat.

Ed. G.J. Stodart

Alguna cosa semblança ocorre amb la cerca del monopol. Si es detectés, caldria modificar o almenys adaptar la teoria física general d'un altre gran científic: Electromagnetisme de l'escocès James Maxwell. XIX. Són coses de finals del segle XX; Maxwell va agrupar el coneixement de l'electricitat i el magnetisme en una sola teoria general i el va expressar en quatre equacions. Les equacions no són les generades per Maxwell, però van ser recollides en una teoria general que va crear una expressió matemàtica elegant.

No obstant això, la teoria de Maxwell no té monopolis. El camp d'una càrrega elèctrica s'estén fins a l'infinit, mentre que els pols magnètics funcionen per parelles, ja que el camp resultant d'un pol va necessàriament a un altre pol i no a l'infinit. Si trobessin monopol magnètic, caldria revisar les equacions de Maxwell. Canviar-ho o adaptar-ho completament, però caldria fer alguna cosa. Com ocorre amb la relativitat especial d'Einstein i els neutrins ràpids.

Teoria de cordes i monopols

Ed. Imatge: Guillermo Roa

Matemàticament, l'existència del monopol magnètic s'adapta perfectament a la teoria de les cordes, que uneix totes les forces de la física. La teoria és difícil, ja que està basada en unes cordes d'11 o més dimensions, que serien els components bàsics de les partícules que avui es consideren bàsiques. La teoria de les cordes, no obstant això, va en declivi, entre altres coses perquè no es pot demostrar, però el descobriment del monopol donaria una empenta a la teoria. Per això molts físics esperen trobar el monopol. Per a molts altres, no obstant això, buscar el monopol i investigar la teoria de les cordes són recerques banals. La física acadèmica lluita en el seu interior.