Monopolo magnetico: differenze tra le versioni
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L'unità del [[Sistema internazionale di unità di misura|SI]] proposta per la carica magnetica è il [[Weber|Wb]] (già in uso come unità di misura del [[flusso magnetico]]), sebbene siano possibili differenti convenzioni, come ad esempio l'[[Ampere|A]]·[[metro|m]].
{{vedi anche|magnete|polo magnetico (fisica)}}▼
[[File:CuttingABarMagnet.svg|thumb|upright=0.9|È impossibile creare un '''monopolo magnetico''' da una [[magnete|barra magnetica]]. Se la barra magnetica è tagliata a metà, non si generano due corpi distinti uno dei quali con il polo nord e l'altro con il polo sud. Piuttosto, ciascuna parte avrà il suo polo nord e il suo polo sud. Un monopolo magnetico non può essere creato dalla materia come [[atomo|atomi]] o [[elettrone|elettroni]], ma sarebbe piuttosto una nuova [[particella elementare]].]]▼
I magneti interagiscono fra di loro, similmente a quanto accade alle cariche elettriche. I poli simili si respingono e i poli diversi si attraggono. Quando un magnete (un oggetto descritto convenzionalmente come composto da due poli magnetici nord e sud) è tagliato a metà lungo l'asse che unisce i due poli, le parti risultanti sono due normali magneti più piccoli. Ciascuno ha il proprio polo Nord e Sud.<ref name="ieee">{{cita web|url=http://spectrum.ieee.org/semiconductors/materials/the-hunt-for-the-magnetic-monopole|autore=Jonathan Morris|titolo=The Hunt for the Magnetic Monopole|accesso=5 gennaio 2014|lingua=en}}</ref>▼
Il moto degli elettroni genera negli atomi campi magnetici molto piccoli. Nel modello atomico di Bohr gli elettroni orbitano intorno al nucleo. La loro rotazione costante è paragonabile teoricamente a una piccola spira percorsa da corrente che induce quindi un campo magnetico secondo la [[legge di Biot-Savart]].<ref>{{cita web|url=http://www.gitam.edu/eresource/Engg_Phys/semester_2/magnetic/intro.htm|titolo=Origin of Magnetism|accesso=5 gennaio 2014|lingua=en|urlmorto=sì}}</ref>▼
[[File:Em dipoles.svg|thumb|left|upright=1.2|Nella figura in alto è mostrato il campo elettrico di dipolo generato da una carica elettrica positiva e una negativa. In basso a sinistra è invece mostrato il campo magnetico assolutamente simile generato da una coppia di monopoli magnetici di carica opposta, con le linee di campo che partono dalla carica "Nord" e finiscono a quella "Sud". In basso a destra è invece mostrato il campo magnetico di un ordinario magnete, con le linee di campo che si avvolgono circolarmente senza né pozzi né sorgenti.]]▼
I magneti permanenti hanno campi magnetici misurabili perché gli atomi e le molecole sono organizzate in modo che tutti i loro diversi momenti magnetici sono coerentemente allineati, sommandosi per formare un unico grande campo aggregato.<ref>{{cita web|url=http://farside.ph.utexas.edu/teaching/302l/lectures/node77.html|titolo=Origin of permanent magnetism|accesso=5 gennaio 2014|lingua=en}}</ref> In questo modello la mancanza di singolo polo ha un significato intuitivo; il taglio del [[magnete]] a metà non ha alcun effetto sulla disposizione delle molecole all'interno di esso. Il risultato finale è due barre magnetiche in cui gli atomi hanno lo stesso orientamento di prima e quindi generano un campo magnetico con lo stesso orientamento del magnete originale più grande. È quindi impossibile separare il polo nord di un magnete da quello sud e realizzare in questo modo un monopolo magnetico.▼
Un monopolo magnetico è piuttosto una nuova particella elementare diversa da quelle che si possono trovare nella materia ordinaria e che può esistere anche in forma libera nello spazio vuoto dell'universo.<ref name="ieee"/>▼
Un monopolo magnetico in un campo magnetico viene accelerato esattamente come una carica elettrica in un campo elettrico. Come la particella carica acquista energia cinetica a spese del campo elettrico, nella stessa maniera un monopolo magnetico acquisterebbe energia cinetica a spese del campo magnetico. Nello spazio intergalattico è presente un campo magnetico e questo pone un limite al numero dei monopoli magnetici esistenti noto come limite di Parker.<ref name="PRD">{{cita pubblicazione|autore=M. S. Turner|coautori=E. N. Parker;T. J. Bogdan|titolo=Magnetic monopoles and the survival of galactic magnetic fields|rivista=Phys. Rev. D|volume=26|pp=1296-1305|data=1982|doi=10.1103/PhysRevD.26.1296}}</ref>▼
== Storia ==
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Nel 2014 [[David S. Hall]], dell'[[Amherst College]], in [[Massachusetts]], col suo team ha rilevato sperimentalmente i monopoli magnetici tramite la polarizzazione di atomi di [[rubidio]] tenuti ad una temperatura vicina allo zero assoluto<ref>{{cita pubblicazione |autore=M. W. Ray |autore2= E. Ruokokoski |etal=si |url=http://www.nature.com/nature/journal/v505/n7485/full/nature12954.html |titolo=Observation of Dirac monopoles in a synthetic magnetic field |pubblicazione=[[Nature]] |volume=505 |pp=657-660 |anno=2014 |mese=gennaio |doi=10.1038/nature12954 }}</ref>.
== Descrizione ==
== Equazioni di Maxwell con monopoli magnetici ==▼
▲[[File:CuttingABarMagnet.svg|thumb|upright=0.9|È impossibile creare un '''monopolo magnetico''' da una [[magnete|barra magnetica]]. Se la barra magnetica è tagliata a metà, non si generano due corpi distinti uno dei quali con il polo nord e l'altro con il polo sud. Piuttosto, ciascuna parte avrà il suo polo nord e il suo polo sud. Un monopolo magnetico non può essere creato dalla materia come [[atomo|atomi]] o [[elettrone|elettroni]], ma sarebbe piuttosto una nuova [[particella elementare]].]]
▲I magneti interagiscono fra di loro, similmente a quanto accade alle cariche elettriche. I poli simili si respingono e i poli diversi si attraggono. Quando un magnete (un oggetto descritto convenzionalmente come composto da due poli magnetici nord e sud) è tagliato a metà lungo l'asse che unisce i due poli, le parti risultanti sono due normali magneti più piccoli. Ciascuno ha il proprio polo Nord e Sud.<ref name="ieee">{{cita web|url=http://spectrum.ieee.org/semiconductors/materials/the-hunt-for-the-magnetic-monopole|autore=Jonathan Morris|titolo=The Hunt for the Magnetic Monopole|accesso=5 gennaio 2014|lingua=en}}</ref>
▲Il moto degli elettroni genera negli atomi campi magnetici molto piccoli. Nel modello atomico di Bohr gli elettroni orbitano intorno al nucleo. La loro rotazione costante è paragonabile teoricamente a una piccola spira percorsa da corrente che induce quindi un campo magnetico secondo la [[legge di Biot-Savart]].<ref>{{cita web|url=http://www.gitam.edu/eresource/Engg_Phys/semester_2/magnetic/intro.htm|titolo=Origin of Magnetism|accesso=5 gennaio 2014|lingua=en|urlmorto=sì}}</ref>
▲[[File:Em dipoles.svg|thumb|left|upright=1.2|Nella figura in alto è mostrato il campo elettrico di dipolo generato da una carica elettrica positiva e una negativa. In basso a sinistra è invece mostrato il campo magnetico assolutamente simile generato da una coppia di monopoli magnetici di carica opposta, con le linee di campo che partono dalla carica "Nord" e finiscono a quella "Sud". In basso a destra è invece mostrato il campo magnetico di un ordinario magnete, con le linee di campo che si avvolgono circolarmente senza né pozzi né sorgenti.]]
▲I magneti permanenti hanno campi magnetici misurabili perché gli atomi e le molecole sono organizzate in modo che tutti i loro diversi momenti magnetici sono coerentemente allineati, sommandosi per formare un unico grande campo aggregato.<ref>{{cita web|url=http://farside.ph.utexas.edu/teaching/302l/lectures/node77.html|titolo=Origin of permanent magnetism|accesso=5 gennaio 2014|lingua=en}}</ref> In questo modello la mancanza di singolo polo ha un significato intuitivo; il taglio del [[magnete]] a metà non ha alcun effetto sulla disposizione delle molecole all'interno di esso. Il risultato finale è due barre magnetiche in cui gli atomi hanno lo stesso orientamento di prima e quindi generano un campo magnetico con lo stesso orientamento del magnete originale più grande. È quindi impossibile separare il polo nord di un magnete da quello sud e realizzare in questo modo un monopolo magnetico.
▲Un monopolo magnetico è piuttosto una nuova particella elementare diversa da quelle che si possono trovare nella materia ordinaria e che può esistere anche in forma libera nello spazio vuoto dell'universo.<ref name="ieee"/>
▲Un monopolo magnetico in un campo magnetico viene accelerato esattamente come una carica elettrica in un campo elettrico. Come la particella carica acquista energia cinetica a spese del campo elettrico, nella stessa maniera un monopolo magnetico acquisterebbe energia cinetica a spese del campo magnetico. Nello spazio intergalattico è presente un campo magnetico e questo pone un limite al numero dei monopoli magnetici esistenti noto come limite di Parker.<ref name="PRD">{{cita pubblicazione|autore=M. S. Turner|coautori=E. N. Parker;T. J. Bogdan|titolo=Magnetic monopoles and the survival of galactic magnetic fields|rivista=Phys. Rev. D|volume=26|pp=1296-1305|data=1982|doi=10.1103/PhysRevD.26.1296}}</ref>
▲=== Equazioni di Maxwell con monopoli magnetici ===
{{vedi anche|Equazioni di Maxwell}}
Le [[equazioni di Maxwell]] dell'elettromagnetismo collegano i campi magnetici e elettrici alla presenza e ai movimenti delle cariche elettriche. La forma standard delle equazioni prevede una carica elettrica, ma non presuppone una carica magnetica. Le equazioni di Maxwell tuttavia si semplificano quando tutte le cariche elettriche sono nulle e in questo modo è possibile ricavare l'equazione di un'[[onda (fisica)|onda]]. In questa situazione le equazioni sono simmetriche rispetto allo scambio del campo elettrico con quello magnetico.
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Se le cariche magnetiche non esistono, o se esistono ma sono assenti nella regione presa in considerazione, le nuove variabili sono nulle e le equazioni estese si riducono alle equazioni convenzionali dell'elettromagnetismo come <math>\nabla\cdot\mathbf{B} = 0</math>. Classicamente la questione è: ''Perché le cariche magnetiche sembrano sempre essere uguali a zero?''.
=== Quantizzazione della carica elettrica ===
La quantizzazione della carica elettrica venne derivata teoricamente da [[Paul Dirac]] a partire dalla [[meccanica quantistica]] in un suo lavoro sull'[[elettromagnetismo]] quantistico. Senza i monopoli magnetici, la presenza di cariche elettriche discrete deve essere semplicemente inserita nelle equazioni, ma nel 1931 Dirac osservò che una carica discreta discende naturalmente dalla meccanica quantistica.<ref name=diracorig/>
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== Teoria della grande unificazione ==
Negli ultimi
Agli inizi degli anni '70 i successi della [[teoria quantistica dei campi]] e di quella di gauge nell'unificazione della [[forza elettrodebole]] con quella [[interazione forte|nucleare forte]] ha spinto molti teorici nel tentativo di combinare fra loro l'[[elettromagnetismo]] e le forze nucleari in una teoria detta GUT, [[Teoria della grande unificazione]]. Molti modelli sono stati proposti, molti dei quali hanno curiosi aspetti che suggeriscono la presenza di reali monopoli magnetici. Più precisamente la GUT predice un range di particelle note come [[dione|dioni]], che allo stato fondamentale sono dei monopoli. La carica dei monopoli predetta dalla GUT è di circa 1 o 2 gD, variando a seconda del modello.
La maggior parte delle particelle apparse in un campo quantistico sono instabili e decadono in altre particelle secondo varie reazioni che conservano determinate quantità. Le particelle stabili sono tali poiché non ci sono particelle più leggere e stabili in cui decadere conservando queste quantità. Per esempio l'[[elettrone]] ha un [[numero leptonico]] di 1 e una carica elettrica unitaria negativa e l'ovvia stabilità dell'elettrone è garantita dal fatto che non ci sono particelle più leggere che conservino questi valori. Al contrario il [[muone]], una sorta di pesante elettrone, decade in questi ultimi e non è stabile.
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