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No hay monopolos magnéticos en el campo magnético terrestre

El campo magnético terrestre no ha atrapado monopolos magnéticos, las hipotéticas partículas con un único polo que los científicos llevan buscando desde hace casi 100 años para resolver la asimetría de los fenómenos electromagnéticos. Ahora sabemos que no están en casa.

Los monopolos magnéticos llevan intrigando a los científicos desde hace casi 100 años, pero todavía no han conseguido comprobar su existencia. El último intento lo ha buscado sin éxito en el campo magnético de la Tierra.

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.

El físico británico Paul Dirac predijo su existencia en 1931 para resolver la asimetría de los fenómenos electromagnéticos: cuando los monopolos magnéticos se introducen en las ecuaciones que rigen esos fenómenos (Maxwell), emerge una simetría en la interacción entre el campo eléctrico y magnético.

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, que no dependen la una de la otra. Hay partículas solo con carga positiva o negativa, sin que por ello tiemble el universo.

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.

¡Sorpresa!

Sin embargo, en 1982, el físico estadounidense de origen español, Blas Cabrera, de la Universidad de Stanford, logró detectar fortuitamente un monopolo magnético  en una bobina superconductora mantenida cerca del cero absoluto: pero nunca ha podido obtenerse este resultado por segunda vez.

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 las estructuras imaginadas por Dirac existen en la naturaleza, incluso si los monopolos magnéticos naturales permanecen libres.

Las búsquedas experimentales de monopolos magnéticos realizadas hasta ahora han abundado, y pueden clasificarse en dos categorías: las que intentan detectar monopolos magnéticos preexistentes (caso de Blas Cabrera) y las que intentan crear y detectar nuevos monopolos magnéticos (caso del Amherst College).

A pesar de los esfuerzos realizados hasta ahora en ambos campos, sigue sin haberse encontrado evidencia fehaciente de la existencia en la naturaleza de monopolos magnéticos.

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.

Constelación de satélites que estudia el campo magnético terrestre. ESA.

¿Los tenemos en casa?

La más reciente tentativa ha sido mucho más original: ha buscado monopolos magnéticos en el campo magnético de la Tierra, pero tampoco los ha encontrado.

Los autores de esta investigación, liderada por el físico de la Universidad de Wisconsin, Yang Bai, y otros dos científicos de la citada universidad, consideran que, a medida que se mueven en las galaxias, los monopolos magnéticos podrían ser capturados por estrellas y planetas. Si fuera así, la Tierra dispondría de una carga magnética adicional que se puede medir.

Y se pusieron manos a la obra: analizaron los datos recopilados por los satélites Swarm, situados desde 2013 en la órbita terrestre por la Agencia Espacial Europea para estudiar el campo magnético terrestre.

Con esos datos, los investigadores crearon un mapa de las líneas del campo magnético de la Tierra con la finalidad de comprobar si había alguna anomalía que pudiera desvelar la presencia de monopolos magnéticos en nuestro entorno más inmediato.

Sin embargo, ese exhaustivo análisis de las líneas magnéticas terrestres no reflejó ninguna anomalía que permitiera deducir que los monopolos magnéticos existen y que los tenemos en casa.

Los autores de esta investigación destacan que este resultado no indica, necesariamente, que los monopolos magnéticos no existan, sino que ninguno, por los motivos que sean, habría sido atrapado hasta ahora por el campo magnético terrestre.

Seguimos

La búsqueda de monopolos magnéticos continúa, ya que los estamos rozando con los dedos, sin poder todavía hacernos con alguno de ellos. Son demasiado escurridizos.

Parece cuestión de tiempo que, finalmente, nos encontremos con ellos y comprobemos que la naturaleza dispone de una «carga magnética» equivalente a la carga eléctrica presente en el campo eléctrico.

Entonces habríamos descubierto, por fin, la simetría entre la electricidad y el magnetismo que buscaba Dirac: además de asombrarnos, nos llevaría a mirar de otra manera nuestros microondas o televisores, ya que, al igual que otros recursos tecnológicos, se basan en el intrigante electromagnetismo.

Referencia

Searching for Magnetic Monopoles with the Earth’s Magnetic Field. Yang Bai, Sida Lu, Nicholas Orlofsky. arXiv:2103.06286 [hep-ph]

Imagen superior: Los monopolos magnéticos tendrían solo un polo norte o sur. Crédito: Daniel Dominguez, CERN.

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe, periodista científico, es el Editor de Tendencias21.

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