Monopolo magnético

Un monopolo magnético es una partícula hipotética que consiste en un imán con un solo polo magnético. La idea la planteó Paul Dirac en 1931 y con ella se podría explicar la cuantización de la carga eléctrica. Con los monopolos magnéticos, además, se pueden escribir las ecuaciones de Maxwell de forma completamente simétrica ante un intercambio de las cargas magnéticas y eléctricas.

Un campo magnético tiene siempre asociados dos polos magnéticos (norte y sur), al igual que un imán. Si se corta un imán en dos partes, cada una tendrá a su vez dos polos magnéticos. Si se sigue el proceso hasta tener únicamente un electrón girando en una órbita, el campo magnético que genera tiene, también, dos polos. Por tanto, clásicamente, los monopolos no existen.

Definición

Un monopolo magnético es una partícula que tiene únicamente un polo magnético (norte o sur). Teóricamente, nada impediría la existencia del monopolo magnético; incluso, su existencia se hace necesaria en algunas teorías del origen del Universo. No obstante, esto no significa que existan, pues hasta ahora todos los intentos de crear un monopolo magnético en aceleradores de partículas han fracasado.

Ecuaciones de Maxwell

Según la teoría electromagnética de Maxwell, los monopolos magnéticos no existen. Aplicando la ley de Gauss a los campos magnéticos se obtiene:

$\oint \vec B(\vec r)\cdot d\vec S = 0$

$\nabla \cdot \vec B = 0$

Esta ecuación indica que las líneas de los campos magnéticos deben ser cerradas. Esto expresa que sobre una superficie cerrada, sea cual sea ésta, no seremos capaces de encerrar una fuente o sumidero de campo. Por lo que una supuesta partícula que emite un campo magnético B dentro de una superficie cerrada, tiene un flujo magnético a través de esa superficie igual a cero ya que entran en esa superficie tantas líneas de campo magnético como salen por la presencia de dipolos magnéticos.

Así pues, esto expresa la no existencia del monopolo magnético. Si en algún momento se demuestra que esta integral tiene un valor distinto de cero, se demostrará la existencia de monopolos magnéticos, y la Ley de Gauss para el campo magnético debería modificarse para adoptar la forma:

$\nabla \cdot \vec B = \rho_m$

donde $\rho_m$ correspondería a la densidad de monopolos magnéticos. Esta densidad de carga lleva aparejada una densidad de corriente $\vec J_m$, la cual obliga a modificar la ley de Faraday, que pasaría a escribirse como

$\nabla \times \vec E = -\frac{\partial \vec B}{\partial t} -\vec J_m$

Asimismo, habría que ampliar la expresión de la Ley de Fuerza de Lorentz, para incluir la fuerza sobre cargas magnéticas

$\vec F = q(\vec E + \vec v \times\vec B) +q_m (\vec H-\vec v\times\vec D)$

con $\vec H=\vec B/\mu_0$ y $\vec D = \varepsilon_0\vec E$ el campo magnético y el desplazamiento eléctrico en el vacío.

Hallazgos recientes

En 1974 los físicos Gerard 't Hooft y Aleksandr Poliakov mostraron independientemente que de la Teoría del Campo Unificado podía deducirse que los monopolos magnéticos debían existir, y que tienen una masa muy grande (varios trillones de veces mayor que la masa del electrón) aunque serían más pequeños que un protón.

De las teorías del Big Bang se deduce que en los primeros momentos del Universo (en los primeros 10^-34 segundos) debieron formarse monopolos magnéticos en grandes cantidades, los cuales se aniquilaron poco después y sólo sobrevivió un cierto número.

Un experimento realizado en la Universidad de Stanford por Blas Cabrera, hijo de Nicolás Cabrera y nieto de Blas Cabrera, basado en una bobina superconductora mantenida cerca del cero absoluto aparentemente logró detectar la pasada fortuita de un monopolo magnético el día 14 de febrero de 1982 a la 1:53. Sin embargo, no se ha podido repetir la medición. Esto puede deberse a la bajísima probabilidad de encontrar uno por puro azar.

Véase también

• Ecuaciones de Maxwell
• Dipolo magnético
• Campo magnético
• Campo eléctrico
• Campo electromagnético