EXPLICACIÓN DEL MAGNETISMO NATURAL III. Polos magnéticos

Otra cuestión del magnetismo natural que requiere explicación es el hecho de que no se puedan separar los polos de un imán. Una forma de explicarlo se basa en imaginar a cualquier imán natural con una estructura equivalente a la de un conjunto de espiras elementales, todas ellas orientadas igual. Si se considera individualmente cualquiera de estas espiras, una de sus caras actúa como polo norte de ese pequeño imán y la cara opuesta actúa como polo sur. Esas mismas espiras agrupadas forman un único gran imán en el que un extremo actúa como polo norte y el otro como polo sur, como ocurre en un solenoide. Por tanto, si aceptáramos que un imán natural tenga una estructura interna así, al dividirlo en pedazos, cada pedazo mantendrá esa misma estructura, por lo que seguirá siendo un imán.

 

Con este razonamiento, se descarta la idea de existencia de polos magnéticos aislados. Sin embargo, desde la perspectiva actual aportada por la física cuántica, el asunto es bastante más complejo. En este marco teórico, en lugar de considerar pequeñas corrientes, se han de contabilizar las contribuciones del momento magnético aportado por cada electrón desapareado o, más en general, por cada partícula con un momento magnético no nulo. En principio se podría pensar que esto no modifica la esencia del razonamiento, puesto que toda partícula de momento magnético no nulo es básicamente imán, con sus correspondientes polo norte y polo sur, identificables a partir de la orientación de su momento magnético.
 

 

Sin embargo, al desarrollarse la física cuántica se vio la conveniencia de considerar la posible existencia de monopolos magnéticos, algo que, en este contexto es aceptable desde un punto de vista teórico. Dirac (1902-1984), en 1931 fue el primero que planteó esta hipótesis, cuando propuso que deberían existir partículas con las propiedades de un imán con un solo polo magnético y las describió asociadas a una líneas solenoidales, algo así como bobinas en forma de tubo que llevan el flujo magnético. Estas líneas, llamadas cuerdas de Dirac se extenderían hacía el infinito o conectarían con monopolos de carga opuesta. El concepto le resultaba necesario para explicar el hecho de que la carga eléctrica está cuantizada y también para poder escribir las ecuaciones de Maxwell del electromagnetismo de forma completamente simétrica ante un intercambio de las cargas magnéticas y eléctricas.
 

Los experimentos dedicados a encontrar evidencia experimental de los monopolos magnéticos en la forma como los propuso Dirac dieron durante tiempo resultado negativo. Pero, recientemente, se propuso la búsqueda de tales monopolos magnéticos en una clase de sistemas magnéticos "frustrados" llamados hielos de spin (sus átomos tienen una distribución similar a la que tienen los átomos en el hielo común). Estos monopolos  no tendrían existencia fuera del material magnético, sus cargas serían menores que las de Dirac y sus cuerdas asociadas deberían ser observables. 
 

Partiendo de estas premisas, en los años recientes se ha producido una eclosión de trabajos que aseguran que dos grupos de investigación independientes han obtenido resultados alentadores en el intento de confirmar la aparición de estos monopolos magnéticos. Enumeramos de forma escueta y meramente aproximativa algunos aspectos de una parte de estos trabajos:
 

 

- La primera condición es utilizar un material adecuado, que se comporte como un "hielo de espín". Se ha utilizado titanato de disprosio (Dy2Ti2O7), que se comporta así a temperaturas por debajo de 1K (aproximadamente -272°C).

- Usando esta sustancia, se ha aportado evidencia de la existencia de las cuerdas de Dirac de campo magnético y se ha comprobado que los momentos magnéticos del material se organizan de forma que dichas cuerdas  forman una especie de espagueti magnético (representado artísticamente en la figura adjunta). Cuando un haz de neutrones atraviesa el material, dichos neutrones sufren distintas deflexiones dependiendo de los campos magnéticos que encuentran en su camino. Observando varios haces apuntados en distintas direcciones se reconstruye la distribución de campo magnético dentro del material.

- El tercer paso, consistió en aplicar un campo magnético externo con la intención de “peinar” dichas cuerdas, es decir, de estirarlas en una dirección. De esta manera se pretende reducir su densidad y promover la disociación de los monopolos que existen en sus puntas.

 

Conviene ser prudente en la interpretación de estos hallazgos. Los análisis realizados hasta el momento sobre estos trabajos parecen indicar que los "monopolos" detectados en el "hielo de espín" no son estrictamente partículas con un sólo polo magnético, sino variaciones en los patrones de los iones que forman los materiales. Bajo determinadas condiciones algunas regiones de los materiales usados sí se comportarían como monopolos magnéticos, pero todavía no se habría producido la detección directa de un monopolo magnético.
 

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