I monopoli magnetici sono particelle costituite da un unico polo magnetico isolato. Finora l’esistenza di queste particelle non è mai stata provata da nessuna verifica sperimentale.
Le singolarità, come i monopoli magnetici, che emergono dalla teoria della grande unificazione (G.U.T.) sono puntiformi. Questi oggetti, privi di dimensioni, non mostrerebbero quindi struttura interna.
Il monopolo magnetico sarebbe un’eccezione e gli scienziati pensano possa assomigliare a una palla solida. Tuttavia, dei monopoli magnetici si sa ben poco, solo recentemente, con l’utilizzo di calcolatori in parallelo, è stato possibile studiare le interazioni simulate di due monopoli magnetici in uno spazio vuoto.
Unificazione delle forze magnetiche ed elettriche
La teoria dell’elettromagnetismo ha unificato due forze, quella elettrica e quella magnetica che sotto certi aspetti sono le facce della stessa medaglia. Queste due forze sono in grado di influenzare le cariche e i campi magnetici. Un campo elettrico mutevole crea un campo magnetico e viceversa.
Le particelle elementari possono possedere proprietà sia elettriche che magnetiche. Ma c’è una differenza fondamentale.
I campi elettrici nascono dalle cariche elettriche e noi sappiamo che esistono due tipi di carica elettrica, quella che chiamiamo positiva e quella che invece chiamiamo negativa.
Queste cariche esistono in maniera indipendente, gli elettroni manifestano solo la carica negativa, mentre i protoni che formano con i neutroni il nucleo degli atomi, manifestano una carica positiva.
Quasi tutto il mondo che ci circonda, soprattutto gli oggetti di cui quotidianamente facciamo uso sono elettricamente neutri, ma possono assumere una debole carica positiva o negativa, un esempio è l’elettricità statica.
La carica magnetica ha un comportamento completamente diverso. Come per la carica elettrica, esistono due tipi di carica magnetica chiamate storicamente polo nord e polo sud.
Ma questi poli magnetici sono sempre accoppiati, tutti i magneti mostrano un polo nord e un polo sud. Se dividiamo in due parti un magnete, i poli saranno inevitabilmente due.
Otterremo due magneti più piccoli, ciascuno di essi con un polo nord e uno sud. Anche le particelle elementari magnetiche possiedono questa proprietà. Per quanto ne sappiamo, non esistono i monopoli magnetici
Come detto, i monopoli magnetici esistono solo nella teorie, nessuno ne ha mai isolato uno in laboratorio. Tuttavia, proprio grazie alla teoria elettromagnetica sappiamo quali dovrebbero essere le loro proprietà.
Una delle conseguenze della teoria è che i monopoli magnetici quantizzerebbero la carica. In presenza di un maggior numero di cariche elettriche e magnetiche, il campo elettromagnetico che prodotto avrebbe un momento angolare (rotazione) che dipende dal valore delle cariche elettriche e magnetiche.
Nella meccanica quantistica, il momento angolare è quantizzato, il che significa che anche le cariche sarebbero quantizzate. L’esistenza di un solo monopolo magnetico nell’universo spiegherebbe perché le particelle fondamentali hanno sempre un valore integrale della carica elettrica. I monopoli magnetici porterebbero quindi la simmetria nell’elettromagnetismo.
Questo è uno dei motivi per cui la teoria delle stringhe e altre teoria prevedono l’esistenza dei monopoli magnetici.
Monopoli magnetici e comprensione dell’universo
Se i monopoli magnetici esistessero permetterebbero un notevole balzo in avanti nella comprensione dell’evoluzione dell’universo, per questo molti ricercatori ritengono essenziale impegnarsi nella loro ricerca.
Recentemente, un team di ricercatori ha cercato le prove della loro esistenza nel campo magnetico terrestre. In linea di principio la loro idea è molto semplice.
Se esistono i monopoli magnetici, potrebbero essere intrappolati dal forte campo magnetico del nostro pianeta. Questo darebbe alla Terra una carica magnetica che potrebbe essere misurata.
Se l’idea è semplice, il modo in cui deve essere effettuata la ricerca è molto impegnativa. Per il loro studio, il team è ricorso a sei anni di dati pubblici dalla costellazione Swarm dell’ESA.
Swarm sono una raccolta di satelliti in orbita terrestre progettati per realizzare una mappa ad alta risoluzione dei campi magnetici della Terra. Da questi dati, il team ha ottenuto una mappa delle linee del campo magnetico del nostro pianeta e ha applicato una tecnica matematica nota come Legge di Gauss.
Immaginiamo la Terra circondata da una sfera fittizia. Se non ci sono monopoli magnetici, anche qualsiasi linea di campo magnetico che attraversa la sfera deve rientrare nella sfera.
Se invece i monopoli magnetici sono presentii, alcune linee del campo magnetico devono attraversare la sfera senza incrociarsi. Un eccesso di attraversamenti delle linee di campo proverebbe l’esistenza dei monopoli magnetici.
Il team ha scoperto che i dati analizzati non mostrano prove di attraversamenti eccessivi delle linee di campo. Questo non vuol dire che i monopoli magnetici non esistono ma solo che probabilmente non sono intrappolati nel campo magnetico della Terra.
