Comment faire un aimant monopolaire physique Stack échange
Vous pouvez simuler un. Après tout quand vous êtes au pôle nord de la Terre, à toutes fins utiles qui est un monopôle pour des aimants dans la région.
En répartissant les lignes Infamous de l'un des pôles sur une grande surface et la concentration de l'autre à un très petit.
Regardez les images ici. Si vous prenez un tas de longs aimants permanents souples et un côté ouvert à une grande surface, efficace, vous aurez un pôle fort dans la petite région. Si vous faites un électro-aimant, rendre les virages plus larges et plus large d'un côté pour que le champ est dispersé dans une grande surface.
Pratiquement à l'heure actuelle
Les équations de Maxwell de l'électromagnétisme concernent les champs électriques et magnétiques les uns aux autres et aux mouvements de charges électriques. Les équations standard fournissent des charges électriques, mais ils postulent pas de frais magnétiques. À l'exception de cette différence, les équations sont symétriques sous la permutation des champs électriques et magnétiques. Les équations de Maxwell peuvent Symmetric être écrites lorsque tous les frais (et donc des courants électriques) sont nuls, et voici comment l'équation d'onde électromagnétique est dérivée. Les équations de Maxwell entièrement symétrique peuvent également être écrites si l'on permet la possibilité de « charges magnétiques » analogues à des charges électriques. Avec l'inclusion d'une variable pour la densité de ces charges magnétiques, disons ρ_m $ $, il y aura aussi une variable « de densité de courant magnétique » dans les équations, j_m $ $. Si des charges magnétiques n'existent pas - ou si elles existent, mais ne sont pas présents dans une région de l'espace - puis les nouveaux termes dans les équations de Maxwell sont tous nuls, et les équations étendues réduisent aux équations classiques de l'électromagnétisme tels que ∇ • B = 0 (où ∇ • est la divergence et B est le champ magnétique B). À l'heure actuelle, les monopôles magnétiques ne peuvent pas être créés.
En théorie, et peut-être futuristically
Cependant, lorsque l'on pense en théorie, il est légèrement différent. Lorsque vous prenez en compte théories de grande unification (GUT), monopôles magnétiques peuvent être prédits. A énergies qui ne sont actuellement pas possible d'atteindre, vous pouvez atteindre un point où la force forte, la force faible et électromagnétisme se combinent pour devenir essentiellement la même force. Le GUT peut, en théorie, donner lieu à des monopôles magnétiques, tant que la symétrie sphérique est brisée. Je l'appelle « futuristically » parce que ce sera un enfer d'un long temps avant que nous puissions atteindre des niveaux d'énergie nécessaire (environ 10 ^ 16 GeV)
Les résultats ont été publiés récemment dans la revue Nature.
Bien que prédit il y a plus de 80 ans, la configuration fondamentalement mécanique quantique des monopôles n'a pas déjà été observé dans tout système physique. Les résultats rapportés démontrent la structure dans un gaz atomique ultrafroid.
« La création d'un monopôle magnétique synthétique devrait nous donner un aperçu sans précédent aspects du monopôle naturel », explique le professeur David S. Hall de Amherst College, États-Unis. « Ce n'est pas tous les jours que vous arrivez à les titiller l'analogue d'une particule fondamentale difficile à atteindre dans des conditions très contrôlées en laboratoire », poursuit-il.
La preuve de monopôles magnétiques a été recherchée dans des sources aussi diverses que des échantillons lunaires et micas anciens. L'accélérateur de particules LHC de plusieurs milliards d'euros au CERN a également été utilisé dans la recherche - mais pas monopôles magnétiques ont été identifiés de façon convaincante. La découverte du monopôle synthétique constitue une base plus solide pour ces efforts.
« Notre réussite ouvre des pistes étonnantes pour la recherche quantique. Il se sent incroyable d'avoir fait partie d'une telle percée majeure », se réjouit le Dr Mikko Möttönen de l'Université Aalto, en Finlande. « Synthèse du monopôle est le point de départ pour de nombreuses nouvelles percées dans la recherche en physique quantique. Dans l'avenir, nous voulons obtenir même une correspondance plus complète avec le monopôle magnétique naturel », poursuit-il.
Un monopôle magnétique est une particule comme un électron, mais avec un champ magnétique au lieu d'une charge électrique. Quelques il y a 80 ans Paul A. M. Dirac, l'un des fondateurs de la physique quantique, a découvert une structure mécanique quantique permettant l'existence de monopôles magnétiques. cadre original de Dirac a été réalisée expérimentalement pour la première fois.
« A monopôle magnétique est un pôle magnétique isolé, charge magnétique, et une source ponctuelle du champ magnétique. »
Un électron est une particule ponctuelle qui porte une charge électrique élémentaire dite. Cela signifie qu'un électron est une source isolée d'un champ électrique. un champ magnétique peut avoir une source ponctuelle similaire?
Quand un casse aimant la barre, deux petits aimants à barres sont créés, chacun avec son propre pôle nord et sud. Vous pouvez briser chacun de ces petits aimants en deux, et ainsi de suite, et chaque aimant résultant a un pôle nord et un pôle sud. Même au niveau atomique, les pôles nord et sud apparaissent toujours ensemble. On ne peut pas produire de cette façon un pôle solitaire, ou monopôle, qui agit comme une source ponctuelle unique du champ magnétique.
Y at-il d'autres façons de trouver monopôles magnétiques? Encore, pas un seul monopôle magnétique naturel a été observé de manière vérifiable. Cela a été d'abord considéré comme un problème, parce que les modèles théoriques décrivant la période post-Big-Bang prédit qu'ils devraient être tout à fait commun. Cependant, un modèle spécial pour l'expansion de l'univers a été développé qui peut expliquer la rareté extrême de ces particules.
Selon certaines théories, la teneur en énergie (masse) d'un seul monopôle magnétique est si grande que si elle était complètement utilisée pour recharger la batterie d'une voiture électrique, ce véhicule serait en mesure de voyager des kilomètres avec l'énergie. Ceci explique pourquoi les monopôles magnétiques ne sont probablement pas susceptibles de se produire dans un accélérateur de particules. Si la masse d'un monopôle magnétique est vraiment grande, l'énergie libérée par la collision d'un monopôle chargé négativement et positivement serait autant que l'énergie libérée dans l'explosion d'un kilogramme de dynamite!
« A Dirac monopôle est une source ponctuelle d'un champ magnétique peut-être artificiel qui se forme à l'extrémité d'un tourbillon quantique. »
En mécanique quantique, un électron est décrit par un objet en forme de vague diffuse plutôt que d'une particule ponctuelle. Paul Dirac a été la première personne à comprendre l'importance d'étudier les points d'extrémité de bains à remous mécanique quantique au sein de ces ondes électroniques. Il a remarqué que, quand un électron a un tel tourbillon de terminaison, un monopôle magnétique forme inévitablement au niveau du point d'extrémité. Un tourbillon de terminaison est la caractéristique déterminante du monopôle Dirac.
Dirac a également remarqué que si l'univers contient même un seul monopôle magnétique, il indique la plus petite valeur possible pour une charge électrique. Toutes les charges observées doivent être des multiples entiers de cette valeur minimale; autrement dit, doit être quantifie la charge. L'existence d'un monopôle serait donc expliquer l'observation expérimentale que la charge électrique est quantifiée.
Dirac monopôles sont généralement analysées dans un modèle mécanique quantique assez simple. monopôles magnétiques ont été étudiés depuis plus général, que l'on appelle les théories du champ unifié, dans lequel ils pourraient exister en l'absence d'un tourbillon de terminaison.
champ magnétique synthétique
« Un champ magnétique est un champ synthétique artificiel qui mène à la dynamique des particules équivalentes à celles d'une charge électrique dans un champ magnétique naturel correspondant. »
Électrons ne sont pas les seuls systèmes physiques qui peuvent présenter des tourbillons de terminaison. Ainsi, un monopôle Dirac peut également apparaître dans d'autres systèmes, tels que le condensat de Bose-Einstein. Plutôt que d'être en rapport avec le champ magnétique naturel, ce monopôle peut être associée à un champ magnétique synthétique. Surtout, la structure du monopôle est identique à celle d'un monopôle magnétique de Dirac. Voilà pourquoi le monopôle Dirac observé dans le champ magnétique synthétique est plus proche d'un monopôle magnétique naturel que toute observation antérieure.
« En gros, la rotation indique à quelle vitesse une particule tourne autour de son propre axe et l'orientation de cet axe. »
Spin est une propriété magnétique de nombreuses particules, y compris des électrons, protons, neutrons, et même de nombreux types d'atomes. Par exemple, le spin électronique est composé de deux états de base: vers le haut ou vers le bas. Ceci indique si l'électron est en rotation autour de son axe dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens antihoraire.
Une particule avec un spin non nul crée un champ magnétique autour d'elle. Cependant, ce n'est pas un champ de monopôle - c'est un champ dipolaire soi-disant avec les deux pôles magnétiques nord et sud, comme un aimant. Même ce plus petit des aimants à barres ne peut être divisé en deux monopôles magnétiques séparés.
En fait, des aimants à barres sont composés d'un nombre incalculable de petits dipôles de spin, presque qui pointent tous dans la même direction. pôles chevauchantes de signe différent annulent le champ de l'autre, et ainsi le champ d'un aimant de bar idéal semble que si elle a des pôles magnétiques uniquement à ses extrémités.
Spins ont tendance à aligner le long d'un champ magnétique appliqué de l'extérieur, qui est la clé de la création du monopôle magnétique synthétique.
Synthèse d'un monopôle
« A monopôle est créé dans un condensat de Bose-Einstein à l'aide d'un champ magnétique externe pour orienter les spins des atomes formant le condensat. »
Les formes monopôles de Dirac dans le champ magnétique artificiel du condensat, et non pas dans le champ magnétique physique qui dirige le spin degré de liberté. Ainsi, un monopôle magnétique naturel n'est pas nécessaire pour créer le monopôle synthétique.
Le condensat de Bose-Einstein
« Un condensat de Bose-Einstein se comporte comme un seul atome géant, même si elle peut contenir des millions. »
« Condensats de Bose-Einstein offrent une fenêtre de notre monde dans le pays des merveilles quantique. Plus souvent, je Peek, plus je veux rester là-bas », dit le Dr enchanté Möttönen. Étant donné que les condensats de Bose-Einstein contiennent beaucoup d'atomes, des photographies d'entre eux peuvent être prises en utilisant la technologie qui est en partie similaire à celle utilisée dans les appareils photo numériques ordinaires. En outre, les produits de condensation peuvent être forcés dans la forme désirée au moyen de champs magnétiques extérieurs et des faisceaux laser. Ces propriétés font un outil unique des condensats pour le développement de nouveaux phénomènes et technologies quantiques. En plus d'être utilisé avec des monopôles magnétiques, peuvent simuler les condensats propriétés de divers matériaux utiles à la précision d'un seul atome. L'un des chercheurs de daydreams de condensat consiste à trouver une solution pour le développement de matériaux supraconducteurs qui fonctionnent à la température ambiante.
Les électrons ont une charge négative et les protons ont une charge positive. Des charges positives et négatives ne sont pas les mêmes que les pôles nord et sud. Les charges électriques et des pôles magnétiques étant synonyme est une idée fausse très commune détenue par ceux qui ne connaissent pas suffisamment l'électricité et le magnétisme. - Ben 16 juillet '13 à 01h20