Arkistoitu

Magneettinen monopoli suomalaistutkijoiden hyppysissä


Viime vuoden alussa saatiin merkittävä harppaus fysiikan perustutkimuksen saralla, kun Aalto yliopiston Mikko Möttösen tutkijaryhmä yhdessä amerikkalaiskollegoidensa kanssa onnistui todentamaan niin sanotun magneettisen monopolin olemassaolon. Mutta mikä tämä magneettinen monopoli oikein on ja miksi sen olemassaolon todentaminen on niin merkittävää?

Kuva: Taiteilijan näkemys magneettisesta monopolista. Tekijänä Pekka Isometsä

Tavallisessa magneetissa, kuten esimerkiksi jääkaapin oveen kiinnitettävissä kestomagneeteissa on aina vähintään kaksi napaa, pohjoinen (N) ja eteläinen (S), josta samat navat hylkivät toisiaan ja eri navat vetävät toisiaan puoleensa. Kestomagneettien luonteeseen kuuluu, että jos magneetin esimerkiksi sahaa kahtia, emme saa erillisiä etelä- ja pohjoisnapamagneetteja vaan molempiin magneetin puolikkaisiin syntyy oma etelä- ja pohjoisnapa. Tästä johtuen tiedemiehet päätyivät aikoinaan toteamaan, ettei yksinapaisia magneetteja eli magneettisia monopoleja voisi olla olemassa.

Kuitenkin 30-luvulla kvanttimekaniikan nostaessa päätään, antoi brittiläinen fyysikko Paul Dirac ennusteen magneettisen monopolin olemassaolosta. Hänen mukaansa kyseisiä kummajaisia olisi olemassa vain siinä tapauksessa, jos sähkövaraukset esiintyisivät mielivaltaisen suuruisten arvojen sijasta vain tietyn suuruisina yksikköinä. Ja koska sähkövaraus todellakin esiintyi tietyn suuruisina yksikköinä luonnossa, ei magneettisen monopolin olemassa ololle luonnossa olisi mitään teoreettisia esteitä. Ne pitäisi vain löytää.

Ja nyt sellainen olisi suomalaistutkijoiden toimesta löydetty. Paitsi, ettei periaatteessa ole. Suomalaistutkijat eivät nimittäin löytäneet luonnosta magneettista monopolia vaan valmistivat rubidiumkaasusta niin sanotun Bosen-Einsteinin kondensaatin, joka saatiin ulkoisten magneettikenttien avulla käyttäytymään aivan kuin se vuorovaikuttasi magneettisen monopolin kanssa.

Kondensaatti valmistettiin jäähdyttämällä rubidiumkaasu lähelle absoluuttista nollapistettä, jolloin kvanttimekaniikan lakien seurauksena kaasu alkoi käyttäytymään kuin se olisi yksi iso kaasuatomi. Ulkoisten magneettikenttien avulla kondensaatin kaasuatomien magneettiset momentit saatiin osoittamaan siten kuin kondensaatin keskellä olisi magneettisen monopolin omaava hiukkanen. Aalto yliopiston tekemän videon monopolin muodostumisesta voi katsoa täältä.

Vaikka tällä kertaa ei oikeaa monopolia löytynytkään, osoittaa koe kiistatta sen, että magneettisi monopoleja voi esiintyä luonnossa. Aidolla magneettisella monopolilla olisi paljon sovelluskohteita teollisuudessa ja energian tuotannossa, koska monopoli mahdollistaa edullisien, mutta voimakkaiden magneettikenttien käytön. Tällöin esimerkiksi fuusiovoimasta tulisi kannattavampaa.

Artikkelin kirjoittaja Pekka Isometsä opiskelee kemian aineenopettajaksi kemian opettajankoulutusyksikössä Helsingin yliopistolla. Vapaa-aikaansa hän viettää amatööritaiteilijana ja kulttuurisnobina.

Kommentoi

Textile ohje