Более 85 лет назад физик-теоретик Поль Дирак (Paul Dirac) предсказал возможность их существования, а международная команда, состоящая из профессора физики Амхерст-Колледжа Дэвида Холла (David S. Hall) и научного сотрудника Университета Аалто (Финляндия) Микко Меттенена (Mikko Möttönen) его создала, идентифицировала и сфотографировала в лаборатории Холла в кампусе колледжа Амхерст-Колледжа. Это инновационное достижение открывает путь для обнаружения таких частиц в природе, что станет революционным событием, сравнимым с открытием электрона.
 |
| Искусственный магнитный монополь в воображении художника. |
Статья об этой работе, написанная в соавторстве Холлом, Меттененом, доктором Амхерст-Колледжа Майклом Рэем (Michael Ray), Согэтом Канделом (Saugat Kandel) и финской аспиранткой Емми Руококоски (Emmi Ruokokoski), была опубликована в журнале Nature.
 |
| Профессор Дэвид Холл и доктор Майкл Рэй. |
«Создание синтетического магнитного монополя должно дать нам беспрецедентное понимание аспектов природного магнитного монополя, если он, конечно, существует», – сказал Холл, разъясняя значение своей работы.
Рэй, ведущий автор статьи и первый, кто увидел монополь в лаборатории, согласился, добавив: «Это невероятное открытие. Возможность подтвердить работу одного из самых известных физиков, вероятно, появляется всего раз в жизни. Я горжусь тем, что был частью команды, выполнявшей великую совместную работу.
 |
| Микко Меттенен из финского университета Аалто. |
Обычно магнитные полюса существуют парами: всегда есть северный и южный магнитный полюс. Однако, как следует из названия, магнитный монополь – это магнитная частица, обладающая только одним изолированным полюсом – северным, без южного, или наоборот. В 1931 году Дирак опубликовал результаты исследований природы этих монополей в контексте квантовой механики. Но с тех пор, несмотря на обширные экспериментальные поиски во всем, от образцов лунных камней до древних окаменелостей, существование природных магнитных монополей так и не подтверждено.
Команда Холла применила инновационный подход к исследованию теории Дирака, создавая и идентифицируя синтетические магнитные монополи в искусственном магнитном поле, создаваемом конденсатом Бозе-Эйнштейна – экстремально холодным атомным газом с температурой на десяток миллиардных долей градуса выше абсолютного ноля. Команда опиралась на теоретическую работу, опубликованную Меттененом и его студенткой Вилле Пиетиля (Ville Pietilä), в которой предлагалась конкретная последовательность изменения внешних магнитных полей, способная привести к созданию синтетического монополя. Впоследствии их эксперименты были проведены в атомном холодильнике, построенном Холлом и его студентами в подвале лаборатории научного центра Merrill.
«После решения множества технических проблем, команда была вознаграждена фотографиями, которые подтвердили присутствие монополей на концах крошечных квантовых пузырьков в ультрахолодном газе. Результаты экспериментов доказывают, что предсказанные структуры Дирака существуют в природе, – объяснил Холл, – даже если природные магнитные монополи еще не найдены».
Увидеть синтетический монополь, сказал Холл, было одним из самых захватывающих моментов в его карьере. «Не каждый день вы можете нащупывать и создавать аналог неуловимой частицы в условиях строгого лабораторного контроля». Он добавил, что создание искусственных электрических и магнитных полей является новым и быстро расширяющимся разделом физики, который может открыть дорогу к разработке и пониманию совершенно новых материалов, таких как высокотемпературные сверхпроводники для передачи энергии без потерь. Он заметил также, что открытие командой искусственного монополя создает более прочную основу для текущих поисков магнитных монополей, в которые вовлечен даже знаменитый большой адронный коллайдер в ЦЕРН, Европейской организации по ядерным исследованиям. (Старые теоретические модели, описывающие период после Большого Взрыва, предсказывают, что они должны попадаться довольно часто, но развитая позже специальная модель расширения Вселенной, объясняет крайнюю редкость этих частиц).
Меттенен добавляет: «Наше достижение открывает удивительные возможности для квантовых исследований. В будущем мы хотим получить более полное соответствие естественному магнитному монополю».
Ставший недавно членом Американского физического общества Дэвид Холл сказал, что толчком к началу экспериментальных работ его команды послужил интерес, проявленный студентами Амхерст во время летних исследований на заседании группы в 2011 году, много времени спустя после того, как статья Пиетиля и Меттенена в 2009 году появилась в журнале Physical Review Letters. «У меня было такое ощущение, что Пиетиля и Меттенен писали свою статью, имея в виду наше оборудование, – сказал он, – поэтому было совершенно естественным обратиться к ним с нашими вопросами. Если бы не любопытство, проявленное студентами, мы бы никогда не приступили к этому проекту».
