MONOPOLI MAGNETICI

Fra gli oggetti cosmologici più misteriosi il monopolo magnetico rappresenta uno fra i più scontrosi abitanti dell'universo, classificato ancora mancante e come tale in attesa di una verifica sperimentale. Si tratta di un corpuscolo, ricercato da oltre trent'anni, fisicamente rappresentato da un polo magnetico isolato. La sua storia si può far risalire intorno alla metà del secolo scorso, allorché Maxwell mostrò mediante alcune equazioni l'intima unità dei fenomeni elettrici e magnetici. Tuttavia, nonostante la formale equivalenza tra il campo elettrico e quello magnetico, i processi elettromagnetici finora evidenziati sono caratterizzati da una evidente mancanza di simmetria. Mentre esistono cariche elettriche in grado di generare in quiete un campo elettricon e in moto un campo magnetico, non è ancora stata trovata una carica magnetica isolata che sia sorgente di un campo magnetico e nel contempo capace, quando si muove, di creare un campo elettrico. L'interesse del monopolo è stato ulteriormente stimolato dopo che il fisico inglese Dirac è riuscito a ricavara la quantizzazione della carica elettrica, postulando l'esistenza di un monopolo magnetico. In termini operativi, il prodotto fra la carica elettrica e e quella magnetica m del monopolo, diviso per la velocità c della luce nel vuoto, deve soddisfare alla condizione di quantizzazione di Dirac, ossia:

ammessa l'esistenza nell'universo anche di un solo monopolo magnetico, la carica elettrica deve essere multipla intera di h c/2m;
la più piccola carica magnetica, assunta come unità e rappresentata dal monopolo, dev'essere pari a circa 70 volte il corrispondente valore del quanto di carica elettrica (dall formula per n=1 risulta m=h c/2e = e/2a = 68,5 e, dove a =e²/hc=1/137 rappresenta la costante di struttura fine ed e la carica dell'elettrone);
la massa del monopolo dev'essere certamente più grande di quella dell'elettrone, in quanto il valore della prevista carica magnetica è molto più grande della carica elettrica elementare.

Poichè dovrebbe essere relativamente facile evidenziare, per la forte carica magnetica, l'esistenza di un classico monopolo di Dirac, noi fisici abbiamo continuamente cercato di trovare qualche corpuscolo che potesse rappresentare ufficialemente un polo magnetico isolato. Queste ricerche, condotte soprattutto nei nuovi e sempre più potenti acceleratori di particelle, nei raggi cosmici che investono la Terra, nei minerali di ferro dove potrebbe rimanere intrappolato qualche sfuggente monopolo e persino somigliare a una solitaria carica magnetica, sia essa un monopolo o un antimonopolo.

INCISO: La teoria del monopolo magnetico fu enunciata per la prima volta nel 1931 da P. A. M. Dirac sulla base della simmetria tra campo elettrico e campo magnetico. In questa teoria il comportamento del monopolo in un campo magnetico è simile a quello dell'elettrone nel campo elettrico.Tuttavia lo stesso Dirac ammise che la probabilità di individuare un monopolo è estremamente piccola. Infatti le ricerche svolte con gli acceleratori di particelle non hanno dato alcun risultato positivo e hanno indotto a ritenere che i monopoli magnetici o non esistano oppure abbiano una massa troppo grande per essere prodotti alle energie disponibili con gli attuali acceleratori. Questa seconda ipotesi è sostenuta anche dalle recenti teorie di grande unificazione delle interazioni fondamentali della natura che prevedono l'esistenza di monopoli magnetici di massa straordinariamente elevata, tipicamente 10¹⁶ masse protoniche. Monopoli così massivi non possono essere prodotti dagli acceleratori e quindi la ricerca si è prevalentemente indirizzata alla radiazione cosmica. Si può infatti supporre che monopoli magnetici siano stati creati nei primi istanti dell'universo, quando la densità di energia era così elevata da permetterne la produzione. Se i monopoli sono stati creati dal processo di generazione dell'universo nulla vieta la loro esistenza oggi, ma se esistono gli scienziati dovrebbero vederli: il fisico Blas Cabrera ideò un'apparecchiatura che avrebbe prodotto una corrente elettrica se attravensata da un monopolo magnetico, e il 14 febbraio 1982 essa produsse una tenue corrente. Ma quella fu l'unica individuazione: né lo stesso Cabrera né altri riuscirono a riprodurre quell'esperimento.

Dedicare un pò di tempo ai monopoli magnetici, non è un approccio antiscientifico; anzi !:

perchè la sua reale esistenza avrebbe importanti conseguenze nel microcosmo delle particelle elementari sia nel macrocosmo che riguarda il passato più primordiale e il futuro più lontano dell'universo;
sembra che secondo la GUT (Teoria della Grande Unificazione) i monopoli magnetici debbano esistere ma devono avere una massa enorme che per formarli richiedono una tale energia che è disponibile solo nei primi istanti dell'universo; comunque se si sono formati dovrebbero esistere tuttora e gli scienziati dovrebbero vederli. Alcuni anni fa la comunità mondiale dei fisici è stata investita da una notizia che forse potrebbe rappresentare la prima apparizione silla Terra di un solitario monopolo. Come annunciato dal gruppo di Blas Cabrera della Stanford University, il 14 febbraio 1982, il dispositivo sperimentale appositamente realizzato ha registrato, dopo una lunga attesa, un segnale uguale alla carica magnetica predetta da Dirac che forse potrebbe rappresentare la data di nascita di un candidate monopole event. Quella fu l'unica osservazione, né Cabrera né altri riuscirono a ripetere l'esperimento per cui l'esistenza del monopolo magnetico rimane in dubbio.

Comunque nel prossimo futuro l'acceleratore di particelle di Ginevra il LEP verrà mandato in pensione causa la costruzione del grande collisore a protoni del CERN (Large Hadron Collider) LHC, con energia totale di 14 TeV , da installare nel tunnel esistente della macchina LEP, la cui entrata in funzione è prevista verso il 2004. Gli obiettivi del LHC saranno principalmente rivolti verso la ricerca del bosone di Higgs, e particelle super-simmetriche, dimostrando la validità dell'ipotesi di una simmetria più larga che mette sullo stesso piano le particelle che costituiscono la materia e le particelle che trasportano le forze elettromagnetiche, deboli e forti, ed infine molto audacemente ricercare il nuovo stato della materia nucleare "plasma di quark".