Un só polo, un soño

En 1982 uns físicos da Universidade de Stanford mediron una sinal supostamente provocado por un monopolo magnético. Esta crenza indica que os monopolos creados na explosión de Big Bang aínda se moven libremente no espazo, e que uno deles pasou pola Universidade de Stanford, ao mesmo tempo que o físico Blas Cabrera estaba a realizar un experimento. Pasou polo interior dunha expira de material superconductor e produciuse un salto no fluxo magnético. Cabrera estaba convencida diso porque a caída do fluxo magnético foi exactamente igual á provocada por un monopolo. Esta historia coñécese como o suceso do Stanford.

Cabrera puido publicar esta medición na revista Physical Review Letters e a universidade deulle diñeiro paira comprar un equipo mellor e repetir experimentos. Pero o evento de Stanford nunca se repetiu. Nin Cabrera nin ninguén máis do mundo detectaron outro monopolio.

Desde entón houbo un gran debate. Por unha banda, era difícil recoñecer que a medición de Cabrera era era un descubrimento do monopolo magnético, xa que era una observación única, e que os resultados dun descubrimento deben ser repetibles. Doutra banda, non se podía demostrar si a orixe do observado foi ou non un monopolo. Moitos grupos mostraron o seu interese no suceso de Stanford. Por exemplo, en 1984 o equipo CFM do laboratorio Fermilab repetiu o experimento de Cabrera modificando as condicións paira facilitar a detección e non detectou monopolios. Segundo eles, a probabilidade de que o suceso de Stanford sexa un monopolo é moi baixa. Quizá outro factor puidese modificar o fluxo magnético nesta medida.

De feito, co tempo moitos físicos descubriron que o aceso e apagado dun dispositivo eléctrico tamén modifica o fluxo magnético. Ese era realmente un descubrimento. ( En The Big Bang Theory utilizar este descubrimento e o suceso de Stanford nun capítulo relacionado co z monopolo magnético.)

Oportunidade paira a fantasía

Co tempo, o evento de Stanford perdeu importancia. A comunidade científica non o considerou como un descubrimento e a procura do monopolio seguiu adiante. Aínda están niso. Algúns físicos din que o monopolo ten que existir porque algúns cálculos teóricos así o indican; e se o atopasen, sería una revolución na física. Outros físicos afirman que o monopolo magnético é só una fantasía.

Paul Dirac. Ed. Fundación Nobel

E é verdade que a física de hoxe está chea de fantasía. Os físicos non sempre observan o universo paira realizar descubrimentos, ás veces desenvolven una teoría utilizando datos anteriores e buscan todo o que sustentaría esta teoría. En moitos casos, os cálculos teóricos predín que debe existir e que non. Pero pode ser una fantasía. Na actualidade existen moitos exemplos: universos paralelos, taquiones (partículas máis rápidas que a luz), partículas elementais raras, materia e enerxía escuras, etc.

En certa medida, non é xusto chamar fantasía a todos eles, xa que de cando en vez confírmase este tipo de hipóteses teóricas. Así, por exemplo, atoparon o planeta Neptuno; un físico calculou que, vendo como se movían os planetas coñecidos, un planeta debía estar nunha determinada contorna do sistema solar. Os astrónomos buscaron aquel novo planeta e descubriron Neptuno. Outro exemplo é o bosón Higgs, que en 1964 o físico inglés Peter Higgs desenvolveu una teoría da masa de partículas baseada nunha suposta partícula (un bosón). Anunciou a existencia da partícula e atopárona a finais de 2011 (aínda que aínda é un descubrimento a confirmar).

Pero tamén houbo grandes derrotas. Por exemplo, o XIX. No século XIX, algúns físicos afirmaron que un planeta debía estar entre o Sol e Mercurio. Como argumento utilizouse o mesmo argumento que paira anunciar a Neptuno, que Mercurio tiña una órbita moi rara e que outro planeta explicaría dita órbita. O presunto planeta chamouse Bulkano e foi buscado con ganas. Pero a relatividad xeral de Albert Einstein explicou que a estraña órbita de Mercurio é consecuencia da proximidade co Sol e que Bulkano non existe.

Outro exemplo é o éter, una sustancia que enche o baleiro do universo. Moitos físicos crían que existía. Pero Albert Abraham Michelson e Edward Morley deseñaron un experimento que descartou totalmente a idea do éter, uno dos alicerces da relatividad especial de Einstein.

Neptuno e o bosón supostamente Higgs son reais. Bulcano e éter só fantasías. E o monopolo magnético? De momento, o monopolo forma parte da listaxe de fantasías físicas. Pero hai que recoñecer que está moi alto nesta listaxe.

Dirac dixit

O británico Paul Dirac estimou que o monopolo magnético pode existir nalgunhas estruturas en forma de corda. Estas supostas estruturas denomínanse, precisamente, cordas de Dirac. Con todo, polo momento ninguén os atopou. Figura : Guillermo Roia.

Cada ano hai noticias sobre o descubrimento do monopolo. Atopáronse sistemas que actúan como monopolos, como en setembro de 2009 os físicos do centro Helmholtz de Berlín anunciaron por primeira vez que detectaran o monopolo nun imán de dispersión de titanio. Este material cristalízase nunha estraña xeometría e algunhas zonas do interior do cristal poden ser consideradas monopolistas. Pero aínda que o descubrimento ten importancia, non é o que esperan os científicos. O verdadeiro descubrimento sería atopar una partícula cun único polo magnético. Crese que pode existir. Así o testemuñan os cálculos realizados polo gran físico inglés Paul Dirac en 1931. Dirac dicía que non buscaba o mesmo monopolo, pero que aparecía nos cálculos; os cálculos anunciaban unhas estruturas en forma de corda cun só polo magnético, unhas partículas elementais. Son as cordas de Dirac.

E é posible que a corda de Dirac ocupe o lugar dos fotóns na teoría da forza electromagnética. Até agora os físicos recoñecen que os fotóns transmiten o magnetismo (e a electricidade). É dicir, o polo positivo dun imán atrae ao polo negativo porque cando están preto intercambian fotóns. Pero quizais os culpables non sexan os fotóns, senón as cordas de Dirac. Os cálculos dalgunhas teorías, realizados por Dirac, anúnciano.

E, segundo moitos físicos, é lóxico. As partículas cunha soa carga eléctrica son coñecidas, como o electrón e o protón, por que non existirán partículas cun só polo magnético? Como agora enténdese, a electricidade e o magnetismo son practicamente iguais con esta excepción, é dicir, que non se coñece o monopolo magnético pero si o eléctrico.

Matematicamente é fácil atopar o monopolo magnético. Un imán típico ten os dous polos nos extremos, e coa extensión desta estrutura os polos afástanse uns doutros. Nunha estrutura que se alarga até o infinito, cada extremo será un monopolo. E sen chegar até o infinito, iso é o que conseguiron os físicos do centro Helmholtz de Berlín; hai partes ou zonas dun material que actúan coma se fosen monopolos. Con todo, non é un monopolo magnético puro. Non é una partícula cun só polo. A procura desta partícula non concluíu.

O propio Dirac aceptaba a situación tras 50 anos. En 1981 escribe sobre o monopolo: "Desde o punto de vista teórico, teño tendencia a pensar que existen monopolos pola beleza que ten a matemática da súa creación. Aínda que se realizaron moitos ensaios paira detectalos, ningún tivo éxito. De aí deberiamos concluír que a beleza matemática non é suficiente para que a natureza aplique una teoría. Quédanos moito por investigar sobre os principios básicos da natureza".

Pasaron 30 anos máis e a procura está nun estado similar. Buscouse preto do cero absoluto, con materiais especiais que se cristalizan segundo unha topología especial, tratando de medir os efectos magnéticos estraños que producirían os monopolos, como o efecto cuántico Hall. E o monopolo non aparece. Segue na lista de fantasías físicas. Entre os físicos aínda é un tema de moda. Até cando?

Monopolo magnético vs. James Maxwell

A procura do monopolo magnético pódese equiparar ao caso dos neutrinos que se moven máis rápido que a luz. En definitiva, a emoción do caso dos neutrinos reside no personaxe de Albert Einstein; é posible que se cuestione a gran teoría do científico máis prestixioso, o que provoca un punto de morbo.

Ed. G.J. Stodart

Algo parecido ocorre coa procura do monopolo. Se se detectase, habería que modificar ou polo menos adaptar a teoría física xeral doutro gran científico: Electromagnetismo do escocés James Maxwell. XIX. Son cousas de finais do século XX; Maxwell agrupou o coñecemento da electricidade e o magnetismo nunha soa teoría xeral e expresouno en catro ecuacións. As ecuacións non son as xeradas por Maxwell, pero foron recollidas nunha teoría xeral que creou una expresión matemática elegante.

Con todo, a teoría de Maxwell non ten monopolios. O campo dunha carga eléctrica esténdese até o infinito, mentres que os polos magnéticos funcionan por parellas, xa que o campo resultante dun polo vai necesariamente a outro polo e non ao infinito. Se atopasen monopolo magnético, habería que revisar as ecuacións de Maxwell. Cambialo ou adaptalo completamente, pero habería que facer algo. Como ocorre coa relatividad especial de Einstein e os neutrinos rápidos.

Teoría de cordas e monopolos

Ed. Imaxe: Guillermo Roia

Matematicamente, a existencia do monopolo magnético adáptase perfectamente á teoría das cordas, que une todas as forzas da física. A teoría é difícil, xa que está baseada nunhas cordas de 11 ou máis dimensións, que serían os compoñentes básicos das partículas que hoxe se consideran básicas. A teoría das cordas, con todo, vai en declive, entre outras cousas porque non se pode demostrar, pero o descubrimento do monopolo daría un empuxón á teoría. Por iso moitos físicos esperan atopar o monopolo. Paira outros moitos, con todo, buscar o monopolo e investigar a teoría das cordas son investigacións banais. A física académica loita no seu interior.