Nueva Forma de Crear un Monopolo Magnético

En la teoría de Maxwell, sólo faltaba una pieza para una simetría perfecta entre las fuerzas eléctricas y magnéticas, los monopolos magnéticos. Como demostró teóricamente Dirac, la existencia de este único monopolo magnético explicaría la cuantización de la carga eléctrica en todo el Universo. Desde entonces, la búsqueda de estos monopolos magnéticos -como partículas elementales reales o cuasipartículas efectivas- ha sido una gran preocupación para los físicos y es de gran importancia. Su existencia o descubrimiento podría conducir a la unificación de las interacciones fundamentales, otro gran problema de nuestro siglo.

A pesar de la falta de pruebas experimentales de los monopolos elementales en la naturaleza, los monopolos magnéticos pueden surgir de forma indirecta o matemática. Por ejemplo, la rotación nuclear de una molécula diatómica puede verse como una partícula cargada que interactúa con el campo de un monopolo magnético. Más recientemente, se ha demostrado que los campos de un monopolo magnético pueden surgir del angulón, un nuevo concepto de cuasipartícula que representa una impureza cuántica que intercambia momento angular orbital con un baño de muchas partículas. Este angulón sirve como modelo fiable para la rotación de las moléculas en los superfluidos.

El concepto de cuasipartícula permite a los físicos describir interacciones complejas de muchos cuerpos en términos del comportamiento de una sola entidad similar a una partícula. Estas partículas suelen aparecer en sistemas de materia condensada, como los semiconductores, pero se ha propuesto un nuevo tipo de cuasipartícula conocida como angulón para describir la rotación de una impureza atómica o molecular dentro de un disolvente. Propuestos teóricamente por primera vez hace dos años, los angulones han demostrado ahora que explican el curioso comportamiento de una serie de moléculas diferentes que giran dentro del helio líquido.

El concepto de cuasipartícula es una gran herramienta para los físicos. Al igual que el polarón utilizado para describir el comportamiento de un electrón que viaja a través de una red cristalina, la descripción del proceso con una sola partícula ayuda a simplificar el problema y, por tanto, a resolverlo sin demasiados cálculos y simulaciones complejas. La reciente introducción del angulón, apoyada por fuertes pruebas de su existencia, es de gran ayuda. Gracias a esta nueva herramienta, un equipo de Austria demostró que la "cuasipartícula angulón" puede interpretarse como una partícula cuántica en la biesfera que interactúa con un campo de un monopolo magnético. Intuitivamente, en el marco co-rotante, la nube de bosones gira rápidamente alrededor de la molécula, y esta rotación induce un campo gauge de un monopolo magnético, similar al caso de los electrones que orbitan los núcleos. Estos resultados allanan el camino para estudiar los fenómenos topológicos en experimentos con moléculas atrapadas en nanogotas de helio superfluido, así como en otras realizaciones de problemas de impurezas orbitales.

La aparición de un monopolo magnético en gotas de helio superfluido es muy diferente a la de otros sistemas estudiados anteriormente. "La diferencia es que estamos tratando con un disolvente químico. Nuestros monopolos magnéticos se forman en un fluido y no en un cristal sólido, y se puede utilizar este sistema para estudiar los monopolos magnéticos con mayor facilidad".

Profesor Mikhail Lemeshko, Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria.

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