Un seul pôle, un rêve

En 1982, des physiciens de l'Université de Stanford ont mesuré un signal prétendument provoqué par un monopole magnétique. Cette croyance indique que les monopoles créés dans l'explosion de Big Bang se déplacent toujours librement dans l'espace, et que l'un d'eux a traversé l'Université de Stanford, en même temps que le physicien Blas Cabrera effectuait une expérience. Il a traversé l'intérieur d'une spire de matériel supraconducteur et un saut s'est produit dans le flux magnétique. Cabrera en était convaincue parce que la chute du flux magnétique était exactement la même que celle provoquée par un monopole. Cette histoire est connue comme l'événement de Stanford.

Cabrera a pu publier cette mesure dans le magazine Physical Review Letters et l'université lui a donné de l'argent pour acheter une meilleure équipe et répéter des expériences. Mais l'événement de Stanford n'a jamais été répété. Ni Cabrera ni personne d'autre au monde n'ont détecté un autre monopole.

Depuis, il y a eu un grand débat. D'une part, il était difficile de reconnaître que la mesure de Cabrera était une découverte du monopole magnétique, car c'était une observation unique, et que les résultats d'une découverte doivent être répétables. D'autre part, on ne pouvait pas démontrer si l'origine de l'observé était ou non un monopole. De nombreux groupes ont montré leur intérêt pour l'événement de Stanford. Par exemple, en 1984, l'équipe CFM du laboratoire Fermilab a répété l'expérience de Cabrera en modifiant les conditions pour faciliter la détection et n'a pas détecté de monopoles. Selon eux, la probabilité que l'événement de Stanford soit un monopole est très faible. Peut-être un autre facteur pourrait modifier le flux magnétique dans cette mesure.

En fait, avec le temps beaucoup de physiciens ont découvert que l'allumage et l'arrêt d'un dispositif électrique modifie également le flux magnétique. C'était vraiment une découverte. ( Dans The Big Bang Theory utiliser cette découverte et l'événement de Stanford dans un chapitre lié au z monopole magnétique.)

Opportunité pour la fantaisie

Au fil du temps, l'événement de Stanford a perdu de son importance. La communauté scientifique ne l'a pas considéré comme une découverte et la recherche du monopole a continué. Ils sont toujours là. Certains physiciens disent que le monopole doit exister parce que certains calculs théoriques l'indiquent ainsi ; et s'ils le trouvaient, ce serait une révolution dans la physique. D'autres physiciens affirment que le monopole magnétique n'est qu'un fantasme.

Paul Dirac. Ed. Fondation Nobel

Et il est vrai que la physique d'aujourd'hui est pleine de fantaisie. Les physiciens n'observent pas toujours l'univers pour réaliser des découvertes, ils développent parfois une théorie en utilisant des données antérieures et cherchent tout ce qui soutiendrait cette théorie. Dans de nombreux cas, les calculs théoriques prédisent ce qui doit exister et ce qui ne doit pas exister. Mais cela peut être un fantasme. Il existe actuellement de nombreux exemples : univers parallèles, tachyons (particules plus rapides que la lumière), particules élémentaires rares, matière et énergie obscures, etc.

Dans une certaine mesure, il n'est pas juste d'appeler fantaisie à tous, car de temps en temps ce type d'hypothèse théorique est confirmé. Ainsi, par exemple, ils ont trouvé la planète Neptune ; un physicien a calculé que, voyant comment les planètes connues se déplaçaient, une planète devait être dans un certain environnement du système solaire. Les astronomes cherchèrent cette nouvelle planète et découvrirent Neptune. Un autre exemple est le boson Higgs, qui en 1964 le physicien anglais Peter Higgs a développé une théorie de la masse de particules basée sur une particule supposée (un boson). Elle a annoncé l'existence de la particule et l'a trouvée fin 2011 (même si c'est encore une découverte à confirmer).

Mais il y a aussi eu de grandes défaites. Par exemple, le XIX. Au XIXe siècle, certains physiciens ont affirmé qu'une planète devait être entre le Soleil et Mercure. Le même argument a été utilisé pour annoncer à Neptune que Mercure avait une orbite très rare et qu'une autre planète expliquerait cette orbite. La planète présumée a été appelée Bulkano et a été recherché avec impatience. Mais la relativité générale d'Albert Einstein a expliqué que l'étrange orbite de Mercure est la conséquence de la proximité avec le Soleil et que Bulkano n'existe pas.

Un autre exemple est l'éther, une substance qui remplit le vide de l'univers. Beaucoup de physiciens croyaient qu'il existait. Mais Albert Abraham Michelson et Edward Morley ont conçu une expérience qui a complètement écarté l'idée de l'éther, un des piliers de la relativité spéciale d'Einstein.

Neptune et le boson soi-disant Higgs sont réels. Bulcano et éther seulement des fantasmes. Et le monopole magnétique ? Pour l'instant, le monopole fait partie de la liste des fantasmes physiques. Mais il faut reconnaître qu'il est très élevé dans cette liste.

Dirac dixit

Le Britannique Paul Dirac a estimé que le monopole magnétique peut exister dans certaines structures en forme de corde. Ces prétendues structures sont appelées, précisément, cordes de Dirac. Cependant, pour le moment personne ne les a trouvés. Figure : Guillermo Roa.

Chaque année, il y a des nouvelles sur la découverte du monopole. On a trouvé des systèmes qui agissent comme des monopoles, comme en septembre 2009 les physiciens du centre Helmholtz de Berlin ont annoncé pour la première fois qu'ils avaient détecté le monopole dans un aimant à dispersion de titane. Ce matériau se cristallise dans une étrange géométrie et certaines zones de l'intérieur du verre peuvent être considérées comme monopolistes. Mais même si la découverte est importante, ce n'est pas ce que les scientifiques attendent. La vraie découverte serait de trouver une particule avec un seul pôle magnétique. On croit qu'il peut exister. C'est ce qu'attestent les calculs réalisés par le grand physicien anglais Paul Dirac en 1931. Dirac disait qu'il ne cherchait pas le même monopole, mais qu'il apparaissait dans les calculs; les calculs annonçaient des structures en forme de corde avec un seul pôle magnétique, des particules élémentaires. Ce sont les cordes de Dirac.

Et il est possible que la corde de Dirac occupe la place des photons dans la théorie de la force électromagnétique. Jusqu'à présent, les physiciens reconnaissent que les photons transmettent le magnétisme (et l'électricité). C'est-à-dire que le pôle positif d'un aimant attire le pôle négatif parce que lorsqu'ils sont proches ils échangent des photons. Mais peut-être les coupables ne sont pas les photons, mais les cordes de Dirac. Les calculs de certaines théories, réalisés par Dirac, l'annoncent.

Et, selon beaucoup de physiciens, c'est logique. Les particules avec une seule charge électrique sont connues, comme l'électron et le proton, pourquoi n'existeront-elles pas de particules avec un seul pôle magnétique ? Comme on le comprend maintenant, l'électricité et le magnétisme sont pratiquement identiques à cette exception, c'est-à-dire que le monopole magnétique n'est pas connu mais l'électrique.

Mathématiquement, il est facile de trouver le monopole magnétique. Un aimant typique a les deux pôles aux extrémités, et avec l'extension de cette structure les pôles s'éloignent les uns des autres. Dans une structure qui s'allonge jusqu'à l'infini, chaque extrémité sera un monopole. Et sans atteindre l'infini, c'est ce que les physiciens du centre Helmholtz de Berlin ont réussi ; il y a des parties ou des zones d'un matériau qui agissent comme des monopoles. Cependant, ce n'est pas un monopole magnétique pur. Ce n'est pas une particule avec un seul pôle. La recherche de cette particule n'est pas terminée.

Dirac lui-même acceptait la situation après 50 ans. En 1981, il écrit sur le monopole: "Du point de vue théorique, j'ai tendance à penser qu'il existe des monopoles pour la beauté qui a les mathématiques de sa création. Bien que de nombreux essais aient été effectués pour les détecter, aucun n'a réussi. D'où nous devrions conclure que la beauté mathématique ne suffit pas pour que la nature applique une théorie. Il nous reste beaucoup à étudier sur les principes fondamentaux de la nature ».

Ils ont passé 30 ans de plus et la recherche est dans un état similaire. On a cherché près du zéro absolu, avec des matériaux spéciaux qui se cristallisent selon une topologie spéciale, en essayant de mesurer les effets magnétiques étranges que produiraient les monopoles, comme l'effet quantique Hall. Et le monopole n'apparaît pas. Suivez la liste des fantasmes physiques. Parmi les physiciens est encore un sujet de mode. Jusqu'à quand ?

Monopole magnétique vs. James Maxwell

La recherche du monopole magnétique peut être assimilée au cas des neutrinos qui se déplacent plus vite que la lumière. En définitive, l'émotion du cas des neutrinos réside dans le personnage d'Albert Einstein; il est possible que la grande théorie du scientifique le plus prestigieux soit remise en question, ce qui provoque un point de morbidité.

Ed. G.J. Stodart

Quelque chose de semblable se produit avec la recherche du monopole. S'il était détecté, il faudrait modifier ou au moins adapter la théorie physique générale d'un autre grand scientifique: Électromagnétisme écossais James Maxwell. XIX. Ce sont des choses de la fin du XXe siècle; Maxwell a regroupé la connaissance de l'électricité et du magnétisme en une seule théorie générale et l'a exprimé en quatre équations. Les équations ne sont pas celles générées par Maxwell, mais ont été recueillies dans une théorie générale qui a créé une expression mathématique élégante.

Cependant, la théorie de Maxwell n'a pas de monopoles. Le champ d'une charge électrique s'étend jusqu'à l'infini, tandis que les pôles magnétiques fonctionnent par paires, puisque le champ résultant d'un pôle va nécessairement à un autre pôle et non à l'infini. S'ils trouvaient un monopole magnétique, il faudrait revoir les équations de Maxwell. Le changer ou l'adapter complètement, mais il faudrait faire quelque chose. Comme pour la relativité spéciale d'Einstein et les neutrinos rapides.

Théorie des cordes et des monopoles

Ed. Image: Guillermo Roa

Mathématiquement, l'existence du monopole magnétique s'adapte parfaitement à la théorie des cordes, qui unit toutes les forces de la physique. La théorie est difficile, car elle est basée sur des cordes de 11 dimensions ou plus, qui seraient les composants de base des particules qui sont aujourd'hui considérés comme de base. La théorie des cordes, cependant, va en déclin, entre autres parce qu'il ne peut pas être démontré, mais la découverte du monopole donnerait une impulsion à la théorie. C'est pourquoi beaucoup de physiciens espèrent trouver le monopole. Pour beaucoup d'autres, cependant, chercher le monopole et étudier la théorie des cordes sont des recherches banales. La physique académique lutte à l'intérieur.