[Zohreh Gholami]

تك ‌قطبي مغناطيسي، نويدبخش پايان فيزيك؟

یکی از واقعیت‌های فیزیکی ‌این است که هر آهنربایی، هر زمانی که ساخته شده،‌ یک قطب شمال و یک قطب جنوب داشته است. هر وقت پژوهشگران تلاش می‌کردند این دو قطب را از هم جدا کنند، هر تکه خودش به آهنربای تازه‌ای تبدیل می‌شد که دارای هر دو قطب شمال و جنوب بود. اما مدت‌ها است که فیزیک‌دانان در جستجوی دلیل این امر هستند و چندین دهه در تلاش برای رسیدن به آهنربایی هستند که تنها یک قطب داشته باشد، موجودی که تک‌قطبی مغناطیسی نام گرفته است.


فناوري
 - تاكنون هروقت آهنرباها را به قطعات ريزتر تقسيم مي‌كردند، هميشه آهنربايي با دو قطب باقي مي‌ماند. اما بالاخره ماده‌اي پيدا شده كه خاصيت‌هاي تك‌قطبي را نشان مي‌دهد. آيا فيزيك دوباره به انتهاي خود رسيده است؟

بهنوش خرم‌روز: يكي از واقعيت‌هاي فيزيكي ‌اين است كه هر آهنربايي، هر زماني كه ساخته شده،‌ يك قطب شمال و يك قطب جنوب داشته است. هر وقت پژوهشگران تلاش مي‌كردند اين دو قطب را از هم جدا كنند، هر تكه خودش به آهنرباي تازه‌اي تبديل مي‌شد كه داراي هر دو قطب شمال و جنوب بود. اما مدت‌ها است كه فيزيك‌دانان در جستجوي دليل اين امر هستند و چندين دهه در تلاش براي رسيدن به آهنربايي هستند كه تنها يك قطب داشته باشد، موجودي كه تك‌قطبي مغناطيسي نام گرفته است.

جاناتان موريس، از پژوهشگران مركز مواد و انرژي هلمهولتز در برلين مي‌گويد:‌ « مردم مدت‌ها تك‌قطبي‌ها را در پرتوهاي كيهاني و ذرات شتاب‌دار جستجو مي‌كردند، حتي در سنگ‌هاي ماه».

به گزارش نيچر، اكنون موريس و سايرين موفق شده‌اند در بلور‌هاي كوچكي به اندازه سوراخ گوش، قوي‌ترين نشانه‌اي را كه تاكنون براي مغناطيس تك‌قطبي ديده شده بيابند. به نظر مي‌رسد كه وقتي اين بلور‌ها تا نزديكي صفر مطلق سرد مي‌شوند، پر از تك نقاط كوچك شمالي و جنوبي مي‌شوند. اين نقاط كم‌تر از يك نانومتر فاصله دارند و نمي‌توان آن‌ها را مستقيما سنجيد. با اين وجود، موريس و ساير فيزيكدانان معتقدند به آن چه در جستجويش بودند، رسيده‌اند. آن‌ها اين مورد را در دو مقاله در نشريه ساينس منتشر كرده‌اند.

اين بلور‌ها از موادي ساخته شده‌اند كه به يخ فشرده معروف است،‌ چون اتم‌هايش به صورتي مشابه با اتم‌هاي يخ چيده شده‌اند. اتم‌هاي اين ماده به صورت خاصي روي چهار راس هرم قرار گرفته‌اند. هر اتم مانند يك تكه مغناطيس كوچك عمل مي‌كند و وقتي بلور تا دماي نزديك به صفر مطلق سرد مي‌شود،‌ اتم‌هاي مغناطيسي به صف در مي‌آيند. گاهي سه راس از چهار راس هرم با هم در يك رديف قرار مي‌گيرند و منطقه‌اي با مغناطيس شمالي يا جنوبي به وجود مي‌آورند كه از مركز هرم تقويت مي‌شود. اين تقويت به هيچ جرم فيزيكي وابسته نيست، اما دقيقا به همان نحوي عمل مي‌كند كه انتظار مي‌رود يك تك‌قطبي عمل نمايد.


مدرك بي‌چون و چرا؟
كار نظري نشان داده است كه تك‌قطبي ها احتمالا وجود دارند و احتمالا به طور غيرمستقيم مورد سنجش قرار گرفته‌اند. اما مقاله‌هايي كه اين بار در نشريه ساينس به چاپ رسيدند، بيانگر اولين آزمايش‌هاي مستقيم براي ثبت تاثير تك‌قطبي‌ها بر يخ فشرده هستند. پژوهشگران از نوترون‌ها براي يافتن اتم‌هايي كه در بلور در زنجيره‌هاي بلند رديف شده‌اند، استفاده كرده‌اند. اين زنجيره‌ها كه رشته ديراك ناميده مي‌شوند، تك‌قطب‌هاي شمالي و جنوبي را به هم متصل مي‌كنند و مانند وجود تك‌قطبي‌ها، در دهه 1930 / 1310 توسط نظريه‌پرداز انگليسي و برنده جايزه نوبل فيزيك، پل ديراك،‌ پيش‌بيني شده بودند. سنجش دما كه در يكي از اين مقالات آمده، بحث تك‌قطبي‌ها را تاييد مي‌كند.

دو مقاله ديگر كه قرار است در آرايكس‌ايو به چاپ برسند، به اين شواهد مي‌افزايند. اولي حاوي مشاهدات بيشتري است و در دومي، براي رساندن نيروي مغناطيسي هر تك‌قطبي به 4.6x10-13 ژول بر تسلامتر، ‌از فناوري‌هاي تازه‌اي استفاده شده است. استيو برام‌ول، دانشمند مواد در دانشگاه لندن و از نويسندگان اين مقالات، معتقد است جمع شدن همه اين شواهد با هم براي مغناطيس‌هاي تك‌قطبي فوق‌العاده است.

پيتر شيفر، از پژوهشگران دانشگاه ايالت پنسيلوانيا، در اين باره مي‌گويد: « اين نوع اندازه‌گيري‌ها باعث مي‌شود كه تك‌قطبي‌ها قابل‌توجه‌تر شوند،‌ حداقل در ذهن من اين طور است. حتي اگر قرار باشد در جاي ديگري مستقيما زير سوال بروند». مثل هر ذره باردار ديگري، تك‌قطبي‌ها هم جذب مخالف خود مي‌شوند و قطب‌هاي شمالي و جنوبي با فاصله‌اي كم‌تر از يك نانومتر گرد هم مي‌آيند. اين مسئله باعث مي‌شود تفكيك و تشخيص آن‌ها به طور مجزا دشوار باشد. اما،‌ چنان كه شيفر مي‌گويد:‌ « من خيلي ترديد دارم كه بگويم غيرممكن است».

برامول اما معتقد است حتي بدون اين كه يكي از آن‌هارا ديده باشد،‌ مطمئن است كه تك‌قطبي‌ها آن‌جا وجود دارند. وي مي‌گويد:‌ « فكر نمي‌كنم بعد از اين همه مقاله ديگر براي كسي جاي چنين سوالي مانده باشد.»