Bestaan van magnetische monopolen geen theorie meer, maar aangetoond

Na tientallen jaren van vergeefs speuren in kosmische straling, deeltjesversnellers en zelfs in maanstenen zijn nu in drie verschillende experimenten onweerlegbare bewijzen gevonden voor het bestaan van magnetische monopolen. Deze theoretisch voorspelde deeltjes werden met verschillende experimentele technieken waargenomen in verbindingen van exotische metalen met zuurstof bij temperaturen vlak boven het absolute nulpunt (Science, 16 oktober en Nature, 15 oktober).

Waar tegengestelde elektrische ladingen (plus en min) apart van elkaar kunnen voorkomen, bestaan magneten altijd uit een noord- en een zuidpool. Breek een magneet doormidden en je hebt twee magneten: niemand had tot nu toe ooit een afzonderlijke noord- of zuidpool gezien. De materialen waar dat dan nu eindelijk in is gelukt worden aangeduid als een spin-ijs, omdat de atomen waar ze uit zijn opgebouwd – van metalen als dysprosium en holmium – gerangschikt zijn als de atomen in waterijs, op de hoekpunten van een vierzijdige piramide. De metaalatomen zijn magnetisch en gedragen zich als atomaire staafmagneetjes (spins). In de laagste energietoestand zijn steeds twee van deze spins naar binnen gericht en twee naar buiten. Maar soms klapt toevallig één van die spins om. Daardoor ontstaat binnenin de piramide een gebied met een ‘kale’ magnetische lading, een geïsoleerde noord- of zuidpool, en die blijkt zich precies als een monopool te gedragen.

Dat hebben twee groepen onderzoekers met behulp van neutronenverstrooiing kunnen aantonen. Zij legden het effect vast dat zo’n monopool op zijn omgeving heeft en bevestigden daarmee de voorspelling van de Engelse fysicus Paul Dirac die het bestaan van monopolen al 1931 postuleerde.

De twee groepen, de een onder aanvoering van Jonathan Morris van het Helmholtz Instituut in Berlijn en de ander van Steven Bramwell van het University College Londen, maakten de eerste resultaten vorige maand openbaar (Science Express, 3 september). De groep van Bramwell werkte de lastige metingen daarna overtuigend verder uit. Zij slaagden er namelijk in om de magnetische lading daadwerkelijk te meten. Bovendien bepaalden zij de sterkte van de magnetische stroom en laten nu in Nature zien dat zo’n stroom niet voldoet aan de magnetische wet van Ohm. Rob van den Berg