دنیای فیزیک در آستانه یافتن تک‌قطبی‌های مغناطیسی؟

دو پیش‌مقاله از تیم بزرگی از دانشمندان گزارش داده است که آن‌ها هرچند نتوانسته‌اند تک‌قطبی‌های مغناطیسی را پیدا کنند (فقط قطب‌ مغناطیسی شمال یا جنوب، بدون وجود دیگری) اما محدوده وجود احتمالی تک‌قطبی‌های مغناطیسی را مشخص کرده‌اند.

به گزارش خبرآنلاین، این پیش‌مقاله‌ها که در سرور آرکایو منتشر شده‌اند حتی عجیب‌ترین ایده‌ها را هم موردبررسی قرار داده‌اند، مثلا این‌که ممکن است سال‌ها پیش تک‌قطبی‌های مغناطیسی را ساخته باشیم و تصادفا به آن‌ها توجه نکرده باشیم. البته پیش‌مقاله‌ها هنوز موردبررسی همتایان قرار نگرفته است.

تک‌قطبی مغناطیسی چیست؟

یکی از اولین درس‌های فیزیک دبیرستان آن است که آهنرباها همیشه دو قطب مخالف دارند، یکی شمال و دیگری جنوب. اگر آهنربایی میله‌ای را به دو قسمت تقسیم کنید، قطب‌های جدیدی در نزدیکی شکاف ظاهر می‌شوند به‌طوری‌که هر آهنربای کوچک‌تر همچنان یکی از هر قطب را خواهد داشت. هرقدر که این شکاف را ریز و ریزتر کنید، باز به آهنربای ریزتری می‌رسید که یک قطب شمال و یک قطب جنوب دارد.

بااین‌حال، از قرن نوزدهم دانشمندان به این فکر می‌کردند که آیا راهی وجود دارد که یک قطب مغناطیسی منفرد (تک‌قطبی مغناطیسی) جدا و منفک از قطب مخالف دیگر وجود داشته باشد. این درحالی است که بارهای الکتریکی مثبت و منفی برای وجود خود، نیازی به وجود بار مخالف ندارند.

جیمز کلرک ماکسول، یکی از بنیان‌گذاران نظریه الکترومغناطیس فکر می‌کرد که مشکل تک‌قطبی مغناطیسی را برای همیشه حل کرده است، اما چند دهه بعد، «پل دیراک» نشان داد که وجود تک‌قطبی می‌تواند کوانتیزه بودن بار الکتریکی را توضیح دهد؛ و ازآنجایی‌که بار الکتریکی به شکل گسسته وجود دارد، پس بار (تک‌قطبی) مغناطیسی نیز باید کوانتیزه باشد و از واحدهایی به نام «بار دیراک» ساخته شده باشد که مقدار آن ۶۸٫۵ برابر بار الکترون است. از آن روزگار به بعد، نظریه‌پردازان به شکل فزاینده‌ای نسبت به این ایده اطمینان پیدا کرده‌اند اما تجربی‌گرایان نتوانسته‌اند نشانه‌ای بر وجود تک‌قطبی مغناطیسی بیابند.

درواقع، تئوری تک‌قطبی آن‌قدر توسعه یافته است که فیزیکدانان در حال حاضر کاملاً موافقند که آن ها احتمالاً وجود دارند؛ اما تأیید تک‌قطبی‌های مغناطیسی زیراتمی هنوز در هاله‌ای از ابهام است.

بیشتر تئوری‌های تک‌قطبی مغناطیسی نیازمند آن است که قوانین تقارن را نقض نکنند. درنتیجه، نمی‌توان تعداد مازادی قطب شمال یا جنوب مغناطیسی در عالم داشت؛ تعداد هر دو باید برابر باشد اما برخلاف قطب‌های مغناطیسی شناخته‌شده، نیازی نیست که تک‌قطبی‌ها به هم اتصال داشته باشند.