Losse magneetpool duikt op in ijskoud wervelend wolkje

Tachtig jaar nadat de Britse theoreticus Paul Dirac het bestaan van losse magnetische polen heeft voorspeld, zeggen fysici precies zo'n deeltje te hebben gemaakt in het lab. In een ronddraaiend wolkje ijskoude atomen zien ze een noordpool, zonder dat er ergens ook nog een zuidpool aan vastzit.

AMSTERDAM - Dat melden ze donderdag in een brief aan het tijdschrift Nature. De baanbrekende experimenten zijn gedaan op de Amherst universiteit in Massachusetts, naar een Fins ontwerp van de universiteit van Aalto.


Dirac liet rond 1930 zien dat niets in de quantumtheorie het bestaan van losse magnetische polen verbiedt. Hij gebruikte dat idee om uit te leggen waarom elektrische lading alleen in vaste eenheden, de elektronlading, voorkomt. Verder is daarvoor eigenlijk nog steeds geen verklaring.


Tot nog toe bestonden Diracs magnetische monopolen echter alleen op papier. Een gewone magneet doorzagen helpt niks, daarbij ontstaan geen losse polen, maar gewoon twee nieuwe magneten met twee polen. En speurtochten naar losse magneetpolen in de deeltjeswereld leverden niks op.


Tot nu. De zogeheten magnetische monopool van de Amerikanen en Finnen is een losse noordpool die drijft in een rondwervelend zogeheten Bose-Einstein condensaat. Hij wordt helemaal beschreven door de oude quantumvergelijkingen van Dirac.


Daarmee is het volgens de onderzoekers de eerste monopool in strikte zin. Eerder werden wel monopoolachtige situaties gecreëerd, maar steeds in systemen die aan andere klassiekere wetten voldoen.


'Dit is het bewijs dat de natuur Diracs monopool niet om welke reden dan ook toch verbiedt', zegt de Finse onderzoeker Mikko Möttönen. 'Het is geen bewijs dat hij gelijk heeft, maar wel een bewijs dat het kan.'


Het bestaan van magnetische monopolen is de afgelopen jaren al vaker geclaimd, in bepaalde gemanipuleerde vaste stoffen met exotische aanduidingen als spin-ijs of skermionen. De plaatselijke magneetvelden daarin lijken sprekend op die van een monopool. Maar dat is steeds min of meer een toevallige gelijkenis, zegt de Groningse theoreticus en monopool- expert Maxim Mostovoy. 'Dit nieuwe resultaat komt dichter bij Dirac', vermoedt hij.


Strikt genomen is ook de creatie van de Dirac-monopool in het draaiende quantumwolkje van rubidium-atomen geen echt deeltje. De magnetische kenmerken ontstaan door het collectieve gedrag van de koude atomen in een ingewikkeld samenspel van speciale magneetvelden.


'Het is een simulatie', benadrukt de Twentse fysicus Alexander Brinkman. 'Als je de magneten uitzet, verdwijnt het effect nog steeds.' Ook Nobelprijswinnaar Gerard 't Hooft onderstreept het kunstmatige aan de nieuwe monopool. 'Het is niet het echte deeltje.'


Zelf maakte 't Hooft in de jaren zeventig berekeningen waaruit bleek dat bij de oerknal echte magnetische monopolen kunnen zijn ontstaan, die in dat geval nog steeds door het universum moeten zwerven. Zoektochten naar zulke natuurlijke monopolen, volgens 't Hooft zeer zware deeltjes, hebben nog nooit iets opgeleverd.


Dat alle ladingen veelvouden zijn van de elektronlading was al een aanwijzing dat monopolen kunnen bestaan, zegt ontdekker Mökkönen: 'Dit maakt Diracs theorie zeker aannemelijker, al kan er natuurlijk ook nog een heel andere verklaring voor de elektronlading bestaan.'


Of er daadwerkelijk natuurlijk monopolen in het heelal voorkomen, als concrete losse deeltjes, durft hij niet te zeggen. 'Ik ben fysicus. Ik geloof niet, ik zoek en meet.'

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2021 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden