Kölni, Müncheni ja Dresdeni teadlastel õnnestus valmistada tehislikud magnetmonopoolid. Selleks liideti väikseid magnetpööriseid ehk skürmione. Liitumispunktis jälgiti tehislikku magnetmonopooli, mis sarnaneb paljuski 1931. aastal Paul Diraci ennustatud osakesele. Mitmed maailma teadlased otsivad võimalusi skürmione kasutamiseks arvutikomponentide valmistamisel.
Illustratsioon tahkisesisestest magnetpööristest.
Kui poolustega magnet pooleks lõigata, moodustub uus, kahe poolusega magnet. Monopooli, ehk siis põhja- või lõunapooluseta magneti otsimine ja võimalikkus on seni olnud paeluv teadusprobleem nii füüsikutele kui filosoofidele. Teadusajakirjas Science avaldatud artikkel kirjeldab tehisliku monopooli, ehk monopoolile sarnaneva, ent vaid tahkise sees eksisteeriva osakese avastamist. Töö tegi Kölni, Dresdeni ja Müncheni Ülikooli teadlaste liittöörühm.
Viimastel aastatel on materjale, milles esinevad skürmionid, intensiivselt uuritud. Magnetpöörised mõjutavad aine elektronide liikumist täpselt nagu magnetväligi. Sestap kasutataksegi magnetpööriste ning nende elektroninteraktsioonide uurimiseks kunstlikke magnetväljasid.
Tehislikke magnetväljasid saab katseliselt mõõta nagu pärisväljasidki, sest mõlemad interakteeruvad elektronidega.
Töörühmal tekkis küsimus: mis saaks, kui üritaks magnetpöörised ära lõhkuda? Esmalt seati Dresdenis üles magnetpööriste vaatlemise aparatuur. Selleks kasutati magnetjõu mikroskoopi. Masina väikese magnetilise tunnalotsaga saab mõõta uuritava magneti pinna magnetvälja jõujooni, mille analüüs avaldab ligi 50 nm läbimõõduga magnetpööriste asukoha. Täheldati, et skürmionfaasi lõhkumisel magnetpöörised liitusid.
Teisalt: mis juhtub sama protsessi ajal materjali sees? Müncheni töörühm, mida juhtis professor Pfleiderer, lähenes probleemile neutronhajumis-spektroskoopiaga. Selgus, et materjali sees toimus pinnale sarnane protsess, ent seejuures ei õnnestunud materjalisiseselt üksikuid magnetpööriseid vaadelda. Üksikute magnetpööriste jälgimine aga ebaõnnestus. Arusaamatuse lahendamise võtsid käsile Kölni Ülikooli professor Rosch’i töörühma teadlased Stefan Buhrandt and Christoph Schütte, kes sooritasid vastavad arvutisimulatsioonid. Simulatsioonid näitasid, et materjali pinnal nähtud skürmionide ühindumist saatvad pöörised esinesid ka materjali sees.
Kahe skürmioni ühildumist kujutav illustratsioon. Magnetmonopooli ilmingutega on pööriste liitumispunkt. Kui monopool pööriste sihis liigub, tekib uus skürmion või kaob olemasolev.
Iga magnetpöörisega kaasneb tehislik magnetväli. Sestap toimub nende teke ja kadu pööriste liitekohas. „See tähendab, et tehislik magnetmonopool asub samuti liitepunktis,“ seletas professor Roch. „Eksperimendis täheldasime igast pööriste liitumispunktist eralduvaid ning materjali pinna poole liikuvaid magnetmon0poole.“
Osakestefüüsikud on magnetmonopoole otsinud kaua. 1931. aastal postuleeris Paul Dirac, et eksisteerib fundamentaalne osake, mis seletab, miks on elektronidel ja prootonitel võrdne laeng. Nimelt koosnevad prootonid ja elektronid hoopis erisugustest algosistest. Ent Dirac argumenteeris, et erisuse seletaks magnetmonopool, et kõikide elementaarosakeste laeng peab olema kvantiseeritud, ehk kindla suurusega elementaarlaengu täisarvkordne.
Vastavastatud tehislikud magnetmonopoolid täidavad nimetatud kvantiseerimisnõude täielikult. „On põnev, et magnetmonopool võib eksisteerida, miks mitte, täiesti tavalises materjalitükis,“ avaldas töörühma liige Stefan Buhrandt. Sellest hoolimata ei lahenda tehislikud magnetmonopoolid Dirac-i probleemi: nendega interakteeruvad vaid tahkise elektronid, mitte prootonid.
Allikas: Phys.org
Leave a Reply