Hledáte nejbizarnější částici všech dob? Zapomeňte na Higgsův boson. Fyzikální teorie dokážou nabídnout daleko podivnější věci. Jedna z nich je samostatný magnetický pól, severní bez jižního nebo naopak.
Magnet má dva póly, které je zvykem označovat jako jižní a severní. Když vezmete kus magnetu a rozlomíte ho na dva kusy, neoddělíte póly od sebe. Místo toho získáte zase dva nové magnety s jižním a severním pólem. Na jak malé kousky byste museli magnet rozlámat, abyste získali zvlášť jižní a zvlášť severní pól? Takhle nějak uvazoval před osmdesáti lety britský fyzik Paul Dirac. Předpověděl hypotetickou částici, které se říká magnetický monopól. Jak už napovídá její název, měl by to být samostatný buď jižní, nebo severní pól magnetu.
Zatím nikomu se ji nepodařilo najít. Skupině vědců, vedené Michaelem Rayem z Amherst College ve státě Massachusetts, se však povedlo vyrobit, něco, co ho připomínalo. Magnetické pole oblaku rubidiových atomů ochlazených na teplotu těsně nad absolutní nulou v jejich laboratoři se chovalo, jako by jím Diracův monopól procházel. Podrobnosti popisují vědci v časopise Nature. Podobný jev se povedlo v laboratoři vytvořit už před čtyřmi lety dvojici finských vědců Vills Pietiläeovi and Mikko Möttönenenovi.
Magnetický vír
Rayův tým přinutil rubidiové atomy chovat se jako takzvaný Bose-Einsteinův kondenzát. Hmota má, jak známo, dvojí povahu. Jsou to zároveň vlny i částice. V Bose-Einsteinově kondensátu převažuje vlnová povaha hmoty nad částicovou. Všechny rubidiové atomy se společně chovaly jako jediná vlna. Každý atom v kondenzátu má svůj spin - zvláštní vlastnost, která nemá ve světě velkých měřítek obdoby. Je zvykem ji popisovat jako vnitřní moment hybnosti částice. Moment hybnosti je veličina, která v obyčejné mechanice popisuje rotaci tělesa.
Elementární částice však nerotují. Spin funguje jako ekvivalent magnetické střelky, která se orientuje podle magnetického pole. Včetně magnetického pole vytvořeného monopólem. V magnetickém poli běžného magnetu vedou siločáry po uzavřených křivkách od severního pólu k jižnímu. V poli vyvolaném magnetickým monopólem by se měly siločáry šířit paprskovitě od středu.
Ray a jeho spolupracovníci zmanipulovali spiny rubidiových atomů tak, že vytvořily vír, podobný tomu, který vznikne, když vytáhnete špunt ve vaně. Základna víru měla podle vědců podobné vlastnosti jako samostatný severní pól magnetu, ačkoliv to skutečný magnetický monopól nebyl. S opravdovým magnetem měl společného jen málo. Podobnost spočívala v tom, že se dal popsat pomocí stejných rovnic jako záhadná hypotetická částice.
Nejdou ho?
Experimenty podobné pokusu Michaela Raye a jeho spolupracovníků vzbuzují naději, že se někdy podaří objevit i skutečný magnetický monopól. Jeho existence by podle původního Diracova návrhu vysvětlovala jinou pozoruhodnou vlastnost vesmíru - proč existuje elektrický náboj v balíčcích. Náboje všech objektů ve vesmíru jsou násobky náboje základního, který je už dále nedělitelný. Stejný náboj má například elektron.
Příroda je krásná. Proto by bylo divné, aby existoval oddělený kladný a záporný elektrický náboj a zároveň neexistoval oddělený severní a jižní magnetický pól. Sám Dirac prý kdysi poznamenal, že by ho překvapilo, kdyby příroda tak skvělý nápad, jako je magnetický monopól, nevyužívala.
