Bizarre Magnetpartikel Im Ultrakalten Laborversuch Enthüllt

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Das verhalten eines magnetischen monopols wurde im labor demonstriert und bestätigt die vorhersagen des physikers paul dirac.

Bizarre magnetische Verhaltensweisen, die vor mehr als 80 Jahren von einem berühmten Physiker vorhergesagt wurden, wurden laut einer neuen Studie im Labor schließlich nachgewiesen.

Das Verhalten eines Elektrons als Reaktion auf einen magnetischen Monopol oder einen einzelnen Magneten mit nur einem Nordpol wurde in einem ultrakalten Material demonstriert, das ein natürliches magnetisches System imitiert. Und das Monopol- und Elektronensystem verhält sich genauso wie der englische Physiker Paul Dirac es 1931 vorausgesagt hatte.

Obwohl das neue Experiment, das heute (29. Januar) in der Zeitschrift Nature beschrieben wurde, nicht beweist, dass solche Monopole außerhalb des Labors in anderen magnetischen Systemen existieren, könnte es den Physikern helfen, zu wissen, wonach sie in der Natur Ausschau halten müssen, sagte der Mitautor der Studie David Hall, Physiker am Amherst College in Massachusetts. [Verdrehte Physik: 7 Experimente mit Geistesblitzen]

Magnetische Monopole

Alle bekannten Magnete haben einen Nord- und einen Südpol: Brechen Sie beispielsweise eine Magnetkompassnadel in zwei Teile, und es werden immer zwei kleinere Magnete mit beiden Polen vorhanden sein.

"Sie können Ihre Nadel so viel schneiden, wie Sie möchten, und Sie können sogar die atomare Ebene erreichen, und Sie haben immer noch einen Nord- und einen Südpol", sagte Hall zu WordsSideKick.com. Selbst Elektronen und Protonen haben zwei Pole.

Dies ist ein Rätsel, weil viele Physiker glauben, dass ein magnetischer Monopol - ein Magnet mit nur einem Pol - existieren sollte. Zum Beispiel würden Monopole erklären, warum die elektrische Ladung subatomarer Teilchen wie Elektronen und Protonen immer in diskreten Einheiten einer Grundladung erfolgt, sagte Hall.

Und wenn solche magnetischen Monopole existieren, bildeten sie sich wahrscheinlich unmittelbar nach dem Urknall, als der gesamte Raum viel heißer und dichter war als heute; Die Bedingungen waren möglicherweise energisch genug, um diese bizarren magnetischen Teilchen zu bilden, haben Wissenschaftler gesagt.

Dirac versuchte sich 1931 vorzustellen, wie dieser Monopol mit dem Standardmodell, der herrschenden Theorie der Physik, die das Verhalten winziger Teilchen beschreibt, übereinstimmen könnte.

Er prognostizierte, dass ein magnetischer Monopol eine kleine Strudelspur hinterlassen würde, als er durch ein Elektron ging, mit einem leeren Korridor in der Mitte, wo das Elektron vollständig fehlt, und endete im magnetischen Monopol. (In der Quantentheorie sind Elektronen keine festen Massen mit festen Grenzen, sondern eher unscharfe Flecken, die andere Objekte passieren können.)

Wirbel enthüllen

Leider haben Wissenschaftler vergeblich nach natürlichen Monopolen gesucht, weshalb es schwierig war, die Theorie von Dirac zu testen.

Dafür kühlten Hall und seine Kollegen Rubidiumatome auf ein Milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt. Bei dieser Temperatur zeigen die Atome ein merkwürdiges Quantenverhalten, das sich im Wesentlichen wie eine einzelne Welle anstatt einer Aggregation von Partikeln verhält.

Sie benutzten ein Rubidiumatom, um ein Elektron zu imitieren, und erzeugten dann das Magnetfeld eines Monopols, indem sie die Anordnung von Millionen anderer Rubidiumatome verfeinerten, von denen jedes im Wesentlichen wie eine kleine Kompassnadel wirkt, die etwas anders zeigt.

Dann machten sie Fotos vom "Elektron", als es mit dem "Magnetfeld" interagierte.

Sicherlich, als der synthetische Monopol auf das Elektron traf, erzeugte es einen wirbelnden Wirbel und eine Korridorregion ohne Atome, die in der Mitte endet, genau wie Dirac vorhergesagt hatte, sagte Hall.

Die Arbeit "ist eine schöne Demonstration der Quantensimulation, ein wachsendes Feld, in dem reale Quantensysteme verwendet werden, um andere zu modellieren, die schwer zu erstellen, zu berechnen oder zu beobachten sind", sagte Lindsay Leblanc, Physikerin an der University of Alberta in Kanada, und schrieb einen News & Views-Artikel über die neue Studie in Nature.

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