آیا امروزه تک قطبی مغناطیسی ایجاد شده است؟

هر چقدر هم که آهنربایی کوچک باشد، قطب مغناطیسی همیشه به صورت جفت دیده می­شود. آهنربای نواری معمولی، متشکل از قطبِ شمال و جنوب است. اگر آهنربا را دو قطعه کنیم، هر یک از دو نیمه نیز دوقطبی است. در واقع، بدون توجه به این که چند بار آهنربا تقسیم شده است، قطب شمال و جنوب باقی می ماند، حتی اتم های منفرد خود مانند آهنرباهای کوچکی عمل می­کنند. این همان بازتاب معادلات ماکسول است که می­گوید بار الکتریکی مثبت و منفی جدا شده وجود دارد، اما تک قطبی مغناطیسی وجود ندارد. این دیدگاه که تک قطبی مغناطیسی وجود ندارد با فرمول بندی مکانیک کوانتومی در اوایل قرن بیستم، تغییر کرد. دیراک نشان داد که به طور طبیعی تک قطبی های مغناطیسی را بار الکتریکی در واحدهای گسسته ایجاد می­کند. این جداپذیری در طبیعت یافت می شود اما به طور کامل شناخته نشده است و در نتیجه جستجو برای تک­‌قطبی­های مغناطیسی یک زمینه­‌ی پژوهشی فعال است. تاکنون، دانشمندان برای ایجادِ تک قطبی­‌های مغناطیسی در داخل شتاب­دهنده­‌های ذرات تلاش کرده‌­اند، اما توده تک­‌قطبی­ها که به طور کلی در نظر گرفته می­شود، بیش از حد برای رویت تک­‌قطبی می­باشد، حتی در برخورد‌‌دهنده­‌ی هادرون بزرگ سرن. یکی دیگر از گزینه برای جستجوی محیط­های مستعدِ برای نشانه هایی از تک­‌قطبی ماه یا یخ قطب جنوب است که نظریه­‌های بزرگ پیش­بینی می­کنند که تک­‌قطبی­ها با سرد بودن جهان در ابتدا و شکست تقارنِ اولیه­ خلق شده‌­اند. با این حال در اینجا نیز پژوهشگران دست خالی ماندند. این کار اخیر ثابت نمی­کند که آیا ذرات غیر معمول وجود دارد یا نه، بلکه نشان می­دهد که یک سیستمِ فیزیکی شرح داده شده توسط ریاضیات پایه را می­توان در آزمایشگاه ایجاد کرد. این تحقیق همچنین می­تواند به فیزیکدانان برای به­‌دست‌­آوردن درک بهتر از مواد عجیب و غریب مانند ابررساناها و حتی ایجادِ مواد با خواص جدید و مفید کمک کند. روش David Hall و همکارانش در کالج Amherst در ماساچوست و دانشگاه Aalto در فنلاند برای تولید یک آنالوگ از آنچه که به عنوان "تک قطبی دیراک " شناخته شده است، به صورت مکانیک کوانتومی تعمیم یافته از یک تک قطبی مغناطیسی است. قبل از سال 1931، هیچ کس قادر به ترکیب الکترومغناطیس کلاسیکی و کوانتوم مکانیک (که اجازه می­دهد تا تک­‌قطبی­‌هایِ مغناطیسی وجود داشته باشند) نبود. اما دیراک قادر به انجام این کار با در نظر گرفتنِ برهم­کنش بینِ یک تک­‌قطبی و یک الکترون شد. او متوجه شد که وقتی که یک تک‌­قطبی را از ابر الکترونی عبور می­دهیم، آن را گردابی در دنبالش ترک می­کند. این یک خط از چگالی الکترونی صفر است که در اطراف تراکم مارپیچی می باشد. به گفته ی هال:"مانند چرخش آب زمانی که از ظرف شویی پایین می رود." می­باشد. گروهِ هال آن گرداب را در یک چگالش بوز اینشتین، اتم روبیدیوم به شدت سرد شده تولید کرده‌­اند. برای تولید ِتک­‌قطبی، محققان یک میدانِ مغناطیسی واقعیِ خارجی به اتم­‌های تشکیل­‌دهنده­ اعمال می­کنند (به­‌گونه­‌ای یک میدان مغناطیسی در داخل چگالش ایجاد می­شود). یک مطابقت یک به یک بین میدان خارجی و میدان تک­‌قطبی وجود دارد. هال توضیح می دهد که شما می توانید دقیقا خطوط میدان تک قطبی را رسم کنید و منبع تک قطبی جایی هست که خطوط میدان مارپیچ هستند.