Una nueva investigación sugiere que los campos magnéticos más fuertes del universo crean monopolos magnéticos, algo insólito en la naturaleza. Su existencia demostraría que hay leyes naturales no contempladas en el modelo estándar de la física.

Los monopolos magnéticos llevan intrigando a los científicos desde hace casi 100 años, pero todavía nadie ha conseguido comprobar su existencia. Ahora, una nueva investigación sugiere que pueden estar siendo creados en potentes campos magnéticos.

Un monopolo magnético es una partícula elemental hipotética que sería como un imán con un único polo magnético: un polo norte sin polo sur, o viceversa, algo insólito en la naturaleza.

La existencia de un solo monopolo magnético tendría consecuencias físicas de gran alcance, por lo que el empeño de encontrarlo continúa de las más diversas formas.

Las búsquedas experimentales de monopolos magnéticos realizadas hasta ahora han sido de dos tipos: las que intentan detectar monopolos magnéticos preexistentes y las que intentan crear y detectar nuevos monopolos magnéticos.

Nuevo enfoque

Una nueva investigación, protagonizada por el Imperial College de Londres, introduce una novedad en la búsqueda de nuevos monopolos magnéticos.

En primer lugar, señala que el problema de las búsquedas anteriores se ha basado en monopolos creados mediante colisiones entre partículas, como los protones y los neutrones.

En segundo lugar, indica que existe un mecanismo diferente para producir monopolos que no se basa en colisiones de partículas físicas, sino en campos magnéticos.

En la nueva investigación la búsqueda se ha centrado en monopolos creados en campos magnéticos potentes: los resultados obtenidos son prometedores, pero todavía no concluyentes.

Los autores de esta investigación explican que la suposición de que los monopolos magnéticos se pueden crear en campos magnéticos basa en un fenómeno físico (llamado efecto Schwinger), según el cual la materia puede ser creada por un fuerte campo eléctrico.

Equivalencias

Como se ha demostrado que los campos eléctricos producen pares de electrones y positrones, los autores de la nueva investigación sugieren la posibilidad de que un fuerte campo magnético puede crear monopolos, producto de colisiones entre los equivalentes magnéticos de los electrones y positrones que colisionan en los campos eléctricos.

Siguiendo esta hipótesis, los autores de esta investigación han concluido que el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN en Ginebra puede crear las mejores condiciones para producir monopolos magnéticos.

El LHC comúnmente rompe protones individuales a energías extremadamente altas. Lo que ha hecho la nueva investigación es analizar las colisiones realizadas por el LHC en 2018, utilizando un tipo diferente de partícula: los iones pesados, en forma de núcleos de plomo.

Aunque estas colisiones se concibieron originalmente para estudiar el plasma de quarks y gluones creados cuando los iones pesados ​​chocan entre sí, los autores de la nueva investigación han aprovechado la información obtenida entonces para extraer otras conclusiones bien diferentes.

Potentes campos magnéticos

Observaron que durante esas colisiones se crearon muy brevemente los campos magnéticos más poderosos de la Tierra, y considera que habrían producido los monopolos magnéticos. La hipótesis no pudieron comprobarla experimentalmente, aunque estuvieron cerca.

Esperanzados por este resultado, los autores de esta investigación se proponen repetir los experimentos modificando los instrumentos para detectar monopolos magnéticos, que se proponen sean más pesados y con mayores cargas magnéticas.

La posibilidad de que lo consigan se basa en una evidencia: la electricidad y el magnetismo son muy parecidos, ya que ambos ejercen fuerzas sobre cargas y campos magnéticos. Además, las partículas elementales pueden poseer tanto propiedades eléctricas como magnéticas.

Electricidad y magnetismo, sin embargo, tienen una asimetría insalvable: los campos eléctricos tienen dos tipos de cargas eléctricas, que pueden ser positiva o negativa, sin que dependan la una de la otra. Por otro lado, hay partículas que solo tienen carga positiva o negativa, sin que por ello tiemble el universo.

No deberían existir, pero…

Sin embargo, los campos magnéticos se rigen por polos (norte y sur) que, al contrario de las cargas eléctricas, son inseparables: si partimos un imán por la mitad, cada parte tendrá ambos polos.

Eso significa que los monopolos magnéticos no deberían existir: implicaría que los polos magnéticos son independientes entre sí y que el polo norte podría vivir sin el polo sur, o viceversa. No podemos imaginar a la Tierra sin uno de sus dos polos magnéticos.

La realidad ha ido, sin embargo, por otros caminos: en 1982, el físico estadounidense de origen español, Blas Cabrera, de la Universidad de Stanford, detectó fortuitamente un monopolo magnético en una bobina superconductora mantenida cerca del cero absoluto: pero nunca ha podido obtenerse este resultado por segunda vez.

¿Leyes desconocidas?

Solo 30 años después, físicos del Amherst College en Massachusetts, crearon en laboratorio los primeros monopolos magnéticos sintéticos. Obtuvieron fotografías que confirmaron la presencia de monopolos «artificiales» en los extremos de pequeños remolinos cuánticos dentro de un gas ultrafrío.

Según sus creadores, este resultado probaría experimentalmente que los monopolos magnéticos, imaginados por primera vez en 1931 por el físico británico Paul Dirac, existen en la naturaleza.

Físicos londinenses han llegado ahora a la misma conclusión que sus colegas de Massachusetts. Si ambos resultados se confirmaran experimentalmente, quedaría demostrado que existen leyes de la naturaleza situadas más allá del modelo estándar de la física de partículas, dicen los investigadores. La nueva vía propuesta por los físicos londinenses podría dar por fin con esa partícula imposible.

Referencia

Search for magnetic monopoles produced via the Schwinger mechanism. B. Acharya et al. Nature volume 602, pages63–67 (2022). DOI: https://www.nature.com/articles/s41586-021-04298-1