Je leest:

Monopolen?

Monopolen?

Auteur: | 14 oktober 2003

Een team van Japanse, Chinesen en Zwitserse onderzoekers denkt magnetische monopolen te hebben gezien. Hoewel al in 1931 voorspeld, zijn deze magnetische deeltjes nog nooit met een experiment aangetoond – nu dan eindelijk wel?

Als er ook maar één magnetische monopool bestaat, zei de natuurkundige Paul Dirac al in 1931, kun je ook elektrische lading niet onbeperkt opdelen. Er bestaat dan een kleinste hoeveelheid elektrische en magnetische lading, die je niet verder kunt splitsen. Natuurkundigen weten dat elektronen de kleinste vrije1 elektrische lading hebben, en zoeken daarom hard naar de bijbehorende magnetische monopolen. Die deeltjes zouden bestaan uit één eenzame magnetische noord- of zuidpool. De vondst ervan zou helpen beantwoorden in wat voor heelal we leven. Maar de deeltjes lijken zich goed te verstoppen!

Magneten kun je best in tweeën breken, maar je krijgt dan geen losse noord- en zuidpool. De twee delen zijn elk een staafmagneet met een noord- en een zuidpool. Dat komt doordat atomen zelf ook een magnetische noord- en zuidpool hebben: de cirkelgang van elektronen rond de kern wekt die op. Met breken krijg je dus nooit een monopool!

Yoshinori Tokura van het National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) in Tsukuba (Japan) en zijn collega’s uit China en Zwitserland hebben in een speciaal kristal sporen gevonden van een deeltje waarop al meer dan 70 jaar wordt gejaagd. Het team werkte met een kristal van strontium, ruthenium en zuurstof. Ze plaatsten het kristal in een een magnetisch veld en maten loodrecht op de richting van dat veld de elektrische weerstand. Resultaat: die weerstand is niet rechtstreeks van de temperatuur afhankelijk, zoals de theorie voorspelt, maar vertoont pieken bij bepaalde temperaturen. Dat kan volgens het internationale team alleen worden veroorzaakt door magnetische monopolen in het kristal. Het zou wel opvallend zijn als het team echte monopolen had gevonden: tot op heden zijn die nog niet aangetoond.

Indirect

Die magnetische monopolen, voorspelden Gerard ’t Hooft en Alexander Polyakov al in 1974, zijn extreem zwaar. Volgens sommigen wel tien biljard maal zo zwaar als een waterstofatoom! Dat is veel te veel om in een deeltjesversneller te maken – zoveel energie kan zelfs de krachtigste versneller niet opbrengen. Daarom richt de zoektocht zich op andere manieren om deze deeltjes te vinden. Volgens ’t Hooft en Polyakov konden zich tijdens de oerknal monopolen vormen door energierijke botsingen. Omdat magnetische lading niet vernietigt kan worden, bestaan die oeroude monopolen nog.

Het is de vraag of Tokura en co. echt zo’n oermonopool hebben waargenomen. Eerder onderzoek heeft al laten zien dat magnetische monopolen niet voor het oprapen liggen. In teruggebrachte maanrots, opgedoken gesteente van de oceaanbodem en rotsen van de hoogste bergen werden de deeltjes niet gevonden. In 1982 dacht de natuurkundige Blas Cabrera met een ingenieus experiment monopolen uit het heelal aan te kunnen tonen. Hij hing een stroomkring in een ruimte die hij met supergeleiders had afgeschermd voor magneetvelden uit de omgeving. Door de stroomkring zou een stroompje moeten lopen als een monopool door de lus heen schoot, maar Cabrera’s apparaat vertoonde maar één keer activiteit. Of er een magnetische monopool door zijn laboratorium bewoog weet niemand – hij heeft het verschijnsel maar één keer waargenomen.

Magnetische monopolen zijn, oud en zwaar als ze zouden moeten zijn, verbazingwekkend moeilijk te vinden. Dirac’s zei al dat elektrische lading ondeelbaar is als er maar één magnetische monopool bestaat, maar hij hield zich wijselijk stil over de hoevéélheid monopolen in het heelal. Ook het niet vinden van monopolen is in zekere zin een succesje: daardoor komt beter vast te liggen hoe zeldzaam ze zijn. Niet alleen de zoektocht naar monopolen heeft daar baat bij, ook de theorieën over de vereniging van natuurkrachten worden daardoor aangescherpt. Geen nieuws kan ook goed nieuws zijn!

1 Quarks, de bouwstenen van bijvoorbeeld protonen en neutronen, hebben een lading van 1/3 of -2/3 keer de elektronlading, maar ze komen altijd in trio’s voor. Voor zo’n trio geldt altijd dat de totale lading weer een veelvoud van de elektronlading is. Het is onmogelijk om de quarks uit zo’n samengesteld deeltje los te maken. Daarom vind je nooit deeltje met een lading kleiner dan die van het elektron.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 14 oktober 2003

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.