„Niemożliwa” cząstka, która zmienia wiedzę o magnetyzmie

Poszukiwania specjalnej cząstki zajęły naukowcom wiele lat. W 1931 roku Paul Dirac zaproponował istnienie tzw. monopolu magnetycznego, czyli możliwej do zaistnienia cząstki. Miałaby ona posiadać tylko jeden biegun magnetyczny. Dzięki niedawnym odkryciom udało się przybliżyć do potwierdzenia jej istnienia.

Badaniach związane z poszukiwaniem tajemniczej cząstki przeprowadzili niedawno przedstawiciele Uniwersytetu w Cambridge. Ich zadaniem było obserwowanie zachowania cząstek. Co ciekawe, w przypadku jednej z nich udało się zarejestrować zachowania, które mogą przywodzić na myśl monopole magnetyczne. O kulisach okrycia można przeczytać w publikacji opublikowanej w „Nature Materials\\\”.

Badania hematytu

Obiektem badań był hematyt, który jest minerałem będącym tlenkiem żelaza. Wyglądem przypomina mocno rdzę i jest jednym z tzw. materiałów antyferromagnetycznych. Można go tak opisać dzięki rozmieszczeniu jego spinów, które cechują się wysoką stabilnością, przy jednoczesnym słabym wytwarzaniu pola magnetycznego. Przez to bardzo trudno je należycie zbadać i poznać skrywane sekrety w minerałach pokroju hematytu.

Członkowie zespołu badawczego szukali więc sposobu na należyte jego zbadanie. Grupa, na której na czele staną Mete Atatüre, wpadła na pomysł wykorzystania techniki zwanej diamentową magnetometrią kwantową. W niej wykorzystywana została igła diamentowa oraz obliczenia spinów elektronów. Miało to na celu wykonanie pomiarów pól magnetycznych bez ingerencji w ich funkcjonowanie.

Hipotetyczna cząstka opisana kiedyś przez Paula Diraca

Opisanie tego typu cząstki było bardzo dobrym pomysłem, gdyż dzięki wspomnianym badaniom coraz bardziej przybliżamy się ku odkryciu jej istnienia. Co prawda na ich podstawie nie możemy jednocześnie stwierdzić, że z całą pewnością takie cząstki występują. Nie ulega wątpliwości jednak, że obiekt badań wpasowuje się w opis Diraca o tym, jaka ona powinna owa cząstka być. „Poza tym badacze odnotowali powiązania między wzorem spinu w materiałach takich jak hematyt a ładunkami będącymi punktami pola magnetycznego”.

Trzeba również pamiętać, że nie odnotowanoby sukcesu, gdyby nie wykorzystana została wspomniana technika. Być może z czasem naukowcom uda się potwierdzić przywidywania Diraca i okryć magnetyczny monopol. Poza tym odkryte do tej pory informacje będą bardzo przydatne w odniesieniu do prac nad zaawansowanymi sposobami obliczeniowymi. W grę wchodzą szybsze i bardziej energooszczędne obliczenia. Będzie to wszystko możliwe dzięki właściwościom materiałów antyferromagnetycznych.

Autor: Patrycja Żero

Fot. Canva