تک قطبی مغناطیسی، نویدبخش پایان فیزیک؟
تک قطبی مغناطیسی، نویدبخش پایان فیزیک؟
تاکنون هروقت آهنرباها را به قطعات ریزتر تقسیم می‌کردند، همیشه آهنربایی با دو قطب باقی می‌ماند. اما بالاخره ماده‌ای پیدا شده که خاصیت‌های تک‌قطبی را نشان می‌دهد. آیا فیزیک دوباره به انتهای خود رسیده است؟
بهنوش خرم‌روز: یکی از واقعیت‌های فیزیکی این است که هر آهنربایی، هر زمانی که ساخته شده، یک قطب شمال و یک قطب جنوب داشته است. هر وقت پژوهشگران تلاش می‌کردند این دو قطب را از هم جدا کنند، هر تکه خودش به آهنربای تازه‌ای تبدیل می‌شد که دارای هر دو قطب شمال و جنوب بود. اما مدت‌ها است که فیزیکدانان در جستجوی دلیل این امر هستند و چندین دهه در تلاش برای رسیدن به آهنربایی هستند که تنها یک قطب داشته باشد، موجودی که تک‌قطبی مغناطیسی نام گرفته است.
جاناتان موریس، از پژوهشگران مرکز مواد و انرژی هلمهولتز در برلین می‌گوید: « مردم مدت‌ها تک‌قطبی‌ها را در پرتوهای کیهانی و ذرات شتاب‌دار جستجو می‌کردند، حتی در سنگ‌های ماه».
به گزارش نیچر، اکنون موریس و سایرین موفق شده‌اند در بلور‌های کوچکی به اندازه سوراخ گوش، قوی‌ترین نشانه‌ای را که تاکنون برای مغناطیس تک‌قطبی دیده شده بیابند. به نظر می‌رسد که وقتی این بلور‌ها تا نزدیکی صفر مطلق سرد می‌شوند، پر از تک نقاط کوچک شمالی و جنوبی می‌شوند. این نقاط کمتر از یک نانومتر فاصله دارند و نمی‌توان آن‌ها را مستقیما سنجید. با این وجود، موریس و سایر فیزیکدانان معتقدند به آن چه در جستجویش بودند، رسیده‌اند. آن‌ها این مورد را در دو مقاله در نشریه ساینس منتشر کرده‌اند.
این بلور‌ها از موادی ساخته شده‌اند که به یخ فشرده معروف است، چون اتم‌هایش به صورتی مشابه با اتم‌های یخ چیده شده‌اند. اتم‌های این ماده به صورت خاصی روی چهار راس هرم قرار گرفته‌اند. هر اتم مانند یک تکه مغناطیس کوچک عمل می‌کند و وقتی بلور تا دمای نزدیک به صفر مطلق سرد می‌شود، اتم‌های مغناطیسی به صف در می‌آیند. گاهی سه راس از چهار راس هرم با هم در یک ردیف قرار می‌گیرند و منطقه‌ای با مغناطیس شمالی یا جنوبی به وجود می‌آورند که از مرکز هرم تقویت می‌شود. این تقویت به هیچ جرم فیزیکی وابسته نیست، اما دقیقا به همان نحوی عمل می‌کند که انتظار می‌رود یک تک‌قطبی عمل نماید.
مدرک بی‌چون و چرا؟
کار نظری نشان داده است که تک‌قطبی ها احتمالا وجود دارند و احتمالا به طور غیرمستقیم مورد سنجش قرار گرفته‌اند. اما مقاله‌هایی که این بار در نشریه ساینس به چاپ رسیدند، بیانگر اولین آزمایش‌های مستقیم برای ثبت تاثیر تک‌قطبی‌ها بر یخ فشرده هستند. پژوهشگران از نوترون‌ها برای یافتن اتم‌هایی که در بلور در زنجیره‌های بلند ردیف شده‌اند، استفاده کرده‌اند. این زنجیره‌ها که رشته دیراک نامیده می‌شوند، تک‌قطب‌های شمالی و جنوبی را به هم متصل می‌کنند و مانند وجود تک‌قطبی‌ها، در دهه 1930 / 1310 توسط نظریه‌پرداز انگلیسی و برنده جایزه نوبل فیزیک، پل دیراک، پیش‌بینی شده بودند. سنجش دما که در یکی از این مقالات آمده، بحث تک‌قطبی‌ها را تایید می‌کند.
دو مقاله دیگر که قرار است در آرایکس‌ایو به چاپ برسند، به این شواهد می‌افزایند. اولی حاوی مشاهدات بیشتری است و در دومی، برای رساندن نیروی مغناطیسی هر تک‌قطبی به 4.6x10-13 ژول بر تسلامتر، از فناوری‌های تازه‌ای استفاده شده است. استیو برام‌ول، دانشمند مواد در دانشگاه لندن و از نویسندگان این مقالات، معتقد است جمع شدن همه این شواهد با هم برای مغناطیس‌های تک‌قطبی فوق‌العاده است.
پیتر شیفر، از پژوهشگران دانشگاه ایالت پنسیلوانیا، در این باره می‌گوید: « این نوع اندازه‌گیری‌ها باعث می‌شود که تک‌قطبی‌ها قابل‌توجه‌تر شوند، حداقل در ذهن من این طور است. حتی اگر قرار باشد در جای دیگری مستقیما زیر سوال بروند». مثل هر ذره باردار دیگری، تک‌قطبی‌ها هم جذب مخالف خود می‌شوند و قطب‌های شمالی و جنوبی با فاصله‌ای کمتر از یک نانومتر گرد هم می‌آیند. این مسئله باعث می‌شود تفکیک و تشخیص آن‌ها به طور مجزا دشوار باشد. اما، چنان که شیفر می‌گوید: « من خیلی تردید دارم که بگویم غیرممکن است».
برام‌ول اما معتقد است حتی بدون این که یکی از آن‌هارا دیده باشد، مطمئن است که تک‌قطبی‌ها آن‌جا وجود دارند. وی می‌گوید: « فکر نمی‌کنم بعد از این همه مقاله دیگر برای کسی جای چنین سوالی مانده باشد.»