Due gruppi di fisici della materia, a Berlino e Grenoble, hanno scoperto che particolari cristalli di titano, irradiati con fasci di neutroni polarizzati a temperature prossime allo zero assoluto, potrebbero formare delle quasiparticelle simili a monopoli magnetici.
I magneti costituiti da un unico polo sono stati ipotizzati dal fisico Paul Dirac nel 1931. Per anni gli scienziati li hanno cercati in natura, e a partire dagli anni settanta sono stati condotti degli esperimenti per cercare di realizzare il fantomatico monopolo. I monopoli sarebbero l’equivalente magnetico delle particelle con carica elettrica positiva o negativa. Ma nessuna ricerca ha dato finora risultati positivi, tant’è che molti pensano che i monopoli magnetici non esistano del tutto.
Nell’edizione di questa settimana di Science, due gruppi di ricercatori riportano la notizia di una scoperta che potrebbe rappresentare una svolta nel campo della ricerca dei monopoli magnetici. I due gruppi, guidati da Tom Fennel dell’Istituto Laue-Langevin a Grenoble (France) e da Jonathan Morris del Centro per l’Energia e i Materiali “Hermann von Helmholtz” di Berlino (Germania), sono riusciti a riprodurre una serie di minuscole increspature in particolari materiali solidi cristallini, chiamati spin ice, che si comportano come i tanto cercati monopoli magnetici. In questi cristalli, gli ioni magnetici si trovano sul vertice di strutture a forma di tetraedro, connesse fra di loro lungo i lati. Quando la temperatura si avvicina allo zero assoluto (circa -273 °C), gli ioni si organizzano: in ogni tetraedro, due ioni puntano il polo nord verso l’interno del tetraedro e gli altri due puntano verso l’esterno.
Le ondulazioni di questa struttura sarebbero delle specie di monopoli: variazioni nello schema degli ioni nel cristallo. Non particelle vere e proprie, e infatti vengono chiamate quasiparticelle. Per scoprire queste quasiparticelle, Fennel e colleghi hanno usato un cristallo di titanato di olmio (Ho2Ti2O7) e l’hanno irraggiato con dei neutroni polarizzati; poi hanno misurato come i neutroni venivano riflessi dal cristallo a vari angoli in modo da rivelare la struttura del cristallo stesso. Man mano che la temperatura aumentava, la direzione in cui venivano riflessi i neutroni cambiava, proprio come il modello al computer aveva previsto nel caso si fossero formati dei monopoli nel cristallo.
Il gruppo di Morris invece ha applicato un campo magnetico a un cristallo di titanato di disprosio (Dy2Ti2O7) per rivelare le connessioni tra i diversi tetraedri nel cristallo. Poi hanno utilizzato anche loro dei fasci di neutroni per rivelare, attraverso il modo in cui venivano riflessi dal cristallo, la struttura del cristallo stesso. Le conclusioni a cui sono giunti sono le stesse.
Non si tratta ancora della scoperta definitiva dei monopoli, tuttavia questa ricerca potrebbe essere l’annuncio della scoperta di altre quasiparticelle strane e aprire la strada a nuove tecnologie.
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