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La caza del monopolo
( Publicado en Revista Creces, Enero 1983 )
Un científico latino de la universidad de Stanford, Estados Unidos, asedia a la
partícula básica del magnetismo.
El domingo 14 de febrero de 1982, a las 13:53, después de 4 meses de acecho, ocurrió
lo inesperado. El extraño aparato montado en el sótano del laboratorio de Stanford por
el físico Blas Cabrera, había detectado algo. Si nada había salido mal, significaría que
una de las partículas subatómicas más buscadas por los científicos, el Monopolo
Magnético (MM), había atravesado el corazón del aparato, cayendo a través del
laboratorio. De ser así, Blas Cabrera habría hecho uno de los descubrimientos más
importantes del siglo.
El MM es una de las partículas subatómicas más efímeras. Como su nombre lo indica,
se comportaría como un único polo cortado de un imán, ya sea Norte o Sur. Tendría
una carga magnética, de igual forma como los electrones tienen carga eléctrica (-).
Desde que el físico teórico británico Paul Dirac predijo su existencia en 1931, los
científicos lo han estado buscando desde las capas más altas de la atmósfera hasta las
profundidades de los océanos, e incluso en trozos de roca lunar. Trabajos más recientes
han demostrado que si la gran Teoría Unificada (que relaciona las cuatro
aparentemente diferentes fuerzas de la naturaleza) es correcta, los MM deben existir.
Por siglos, el magnetismo ha fascinado a científicos y a legos por igual. Fue mencionado
por primera vez en unos escritos griegos alrededor del año 800 antes de Cristo, en que
a un pastor llamado Magnes le fueron atraídos firmemente los clavos de sus zapatos y
el extremo de su bastón por un campo magnético, mientras pastoreaba su rebaño.
Posiblemente se trataba de una veta de mineral magnético (óxidos de fierro II y III).
Polos
Por el siglo XII, los chinos descubrieron cómo magnetizar puntas de metal y muy luego
estaban fabricando compases para navegación. En el año 1269 después de Cristo,
Petrusco Peregrinus de Maricourt escribió un tratado de su investigación: utilizando un
imán esférico para levantar pequeños trozos de metal, descubrió que se pegaban a la
esfera siguiendo un patrón similar a las líneas longitudinales del globo. Estas se
intersectaban en dos puntos de la superficie de la esfera. Siguiendo la analogía
geográfica, Peregrinus llamó a estos puntos polos magnéticos Sur y Norte.
Se concluyó así que todo imán tiene un par de polos, y que cuando es cortado en dos el
resultado no son polos magnéticos Sur y Norte separados, sino que dos nuevos imanes,
cada uno con sus propios polos. En 1785, Charles Coulomb concluyó que esto se debía
cumplir para cualquier imán, no importa cuál fuera su tamaño.
Posteriormente los científicos refinaron sus conocimientos de magnetismo y
comenzaron a estudiar la electricidad. El siglo pasado ya estaba claro que ambos
fenómenos se encontraban íntimamente ligados. En 1820, Hans Christian Oersted
demostró que una corriente eléctrica produce un campo magnético. Once años después
Michael Faraday demostró lo contrario, es decir, un campo magnético variable crea un
campo eléctrico (en esto se basa el funcionamiento de los transformadores de corriente
alterna).
La conexión entre electricidad y magnetismo fue finalmente expresada
matemáticamente en forma de ocho ecuaciones por el físico escocés James Clerk
Maxwell. Estas ecuaciones establecen que los roles de los campos eléctricos y
magnéticos son perfectamente intercambiables. La única diferencia es un término que
describe partículas eléctricamente cargadas como los electrones. Maxwell no incluyó un
término similar para partículas cargadas magnéticamente, simplemente porque ninguna
ha sido observada.
Todos los fenómenos electromagnéticos pueden ser perfectamente explicados sin
asumir la existencia de monopolos magnéticos. Por ejemplo: el campo magnético de los
imanes naturales es causado por electrones orbitando el núcleo atómico. Estos
electrones en movimiento constituyen una diminuta corriente eléctrica que crea un
pequeño campo magnético. Cuando los átomos del mineral están alineados, su efecto
combinado produce un gran campo magnético.
A la captura
Sin embargo, los científicos teóricos tenían razones para suponer la existencia de
monopolos, y que éstos probablemente se habrían producido en la gran explosión que
formó el Universo. Muchos científicos se valieron de distintos experimentos para cazar
monopolos, sin resultado. Blas Cabrera, por su parte, basándose en un cálculo de la
cantidad de monopolos que existen en el Universo, decidió que eran suficientes como
para que uno atravesara su laboratorio de Stanford, EE.UU., dos veces al año.
El experimento
Para detectar una pasada, Cabrera diseñó un experimento que mediría directamente la
carga, sin importar la masa. Según el descubrimiento de Faraday 151 años antes, el
paso de un campo magnético en movimiento a través de un cable induce una corriente
eléctrica (los generadores eléctricos se basan en este principio). Así, un monopolo -y el
campo magnético que lo acompaña- pasando a través de una argolla de cable,
generaría una corriente de una magnitud determinada en esa argolla, dependiendo de
la carga del monopolo.
Armar ese aparato para medir tal corriente no era tan simple, ya que la corriente
observada sería muy pequeña, y muchas otras cosas aparte del paso de un monopolo
podrían provocarla. Estas podrían ser líneas eléctricas de potencia, el mismo campo
magnético de la Tierra, o alguien pasando con un pedazo de metal.
Para aislar el experimento de campos magnéticos sueltos, Cabrera y sus colegas de
Stanford, subvencionados por la National Science Foundation, la NASA y el National
Bureau of Standards, idearon una ingeniosa solución, basados en el fenómeno de
ciertos metales que al ser enfriados a temperaturas cercanas al cero absoluto pierden
su resistencia eléctrica, quedando prácticamente impermeables a campos magnéticos.
Para dejar un pequeño espacio libre de campos magnéticos, se enfrió un balón de
láminas de plomo desinflado, hasta que se volvió superconductor. Al inflar el balón, sus
paredes dejarían fuera la mayor parte del campo magnético. Para asegurar más aún la
remosión de toda traza de campo magnético, se infló un segundo balón dentro del
primero, quitando posteriormente el externo. El resultado fue un pequeño espacio del
orden de una billonésima parte del campo magnético terrestre: ideal para cazar
monopolos. En este espacio se instaló una argolla de cable de niobio, un metal
superconductor. Si un monopolo pasara a través de la argolla, se generaría una
corriente que sería detectada por un instrumento muy sensible llamado SQUID (Super
Conducting Quantum Interference Device). Esta corriente sería amplificada y graficada
en un papel. Este detector, por otro lado, no daría respuesta al paso de un dipolo
magnético, formado por ambos polos, Sur y Norte.
La espera
Cabrera controló su experimento cuidadosamente por más de cuatro meses sin obtener
resultados, hasta que el 14 de febrero de 1982 por la tarde, el instrumento detectó una
corriente suficientemente grande como para haber sido producida por el paso de un
monopolo magnético. El científico investigó cualquier otra causa que pudiese haber
producido el salto en la aguja del detector, sin encontrarla.
Aun cuando los físicos sean incapaces de encontrar otra versión válida para el
fenómeno, permanecerá la duda acerca de su resultado, ya que el evento aislado no
prueba nada.
Para obtener más eventos similares, el joven físico comenzó a construir aparatos con
una sensibilidad 50 veces mayor que el original. Por otro lado, un físico de la
Universidad de Wisconsin y otro de Harvard (EE.UU) planean un tipo diferente de
detección de monopolos. Sus experimentos se basan en la teoría de que los monopolos
se debieran pegar al mineral de hierro como imanes y desprenderse cuando este
mineral se calienta, al perder sus propiedades magnéticas. Pretenden de esta forma
instalar un detector similar al de Cabrera bajo las minas de hierro de Balck River Falls,
en Wisconsin, donde se funden más de 850.000 toneladas de hierro al año.
Lo que hay de cierto hasta el momento es que la experiencia del Dr. Cabrera,
independientemente de que si lo descubierto fue realmente un monopolo, es un
experimento elegante y probablemente le dará un lugar en la historia de la ciencia.
Arturo Kutscher
Ingeniero Químico.
Artículo extraído de CRECES EDUCACIÓN - www.creces.cl