Indirekter Nachweis für magnetische Monopole

[Mondkalb]

Elektromagnetismus: Magnetische Monopole nachgewiesen - spektrumdirekt

Sehr interessant. Vielleicht wird aus dem alten Orion-Klassiker irgendwann mal Realität: "Magnetkissen fluten!"

Grundlegendes zum magnetischen Monopol:

http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetischer_Monopol

[Bynaus]

Die Entdeckung (und die Herstellung) von magnetischen Monopolen könnte in der Tat weitreichende Folgen haben, etwa auf dem Gebiet der Energieforschung (Magnetische Monopole katalysieren den Protonenzerfall -> Pionen -> Myonen -> Myon-katalysierte Fusion), der Materialforschung (Magmaterie), der Anwendung von magnetischen Schutzfeldern (z.b. vor kosmischer Strahlung für Raumschiffe) und wohl auch der Waffentechnik.

Man weiss nun indirekt aus verschiedenen Quellen, dass es magnetische Monopole wohl geben muss - die Frage ist, wie lange es dauert, bis wir sie uns zu Nutze machen können.

[HiroP]

Man weiss nun indirekt aus verschiedenen Quellen, dass es magnetische Monopole wohl geben muss - die Frage ist, wie lange es dauert, bis wir sie uns zu Nutze machen können.

Was für Quellen denn?

Aus den Maxwell-Gleichungen kann man zeigen, dass ein magnetischer Monopol nicht existiert. Ist das jetzt hinfällig, oder wie?

[Bynaus]

Nun, der oben genannte Artikel zum Beispiel, oder ähnliche (Have physicists seen magnetic monopoles? - physicsworld.com). Zudem wird ihre Existenz in vielen GUT-Theorien vorhergesagt, und ihre Existenz würde die Existenz von Elektronen recht gut erklären (13 more things: The elusive monopole - 02 September 2009 - New Scientist). Es gab aber auch direkte Suchen nach MM, dabei gibt es v.a. ein registriertes Event, das man als MM interpretieren muss, wenn es denn wirklich ein reales Event war - die Flussdichte von MM ist offenbar so gering, und die durchgeführten Suchen so gering, dass man nicht viel mehr erwarten kann. Man kann die MM aber eingrenzen: Ihre Masse muss zwischen 600 und 10^17 GeV liegen, und es kann nicht mehr als 1 MM pro 10^29 Nukleonen geben (oder anders gesagt: Jeder Quadratmeter wird einmal in 30000 Jahren von einem MM durchflogen). Quelle: Magnetic monopole - Wikipedia, the free encyclopedia


Die Maxwell-Gleichungen postulieren, dass es keine MM gibt (weil man keine beobachtet hat). Wenn man aber die Gleichungen für elektrische und magnetische Ladungen symetrisch aufschreibt (und damit die letzte Asymetrie beseitigt), dann gibt es natürlich magnetische Monopole, genauso wie es elektrische gibt.

Siehe z.B: Gauss's law for magnetism - Wikipedia, the free encyclopedia

[irony]

Die Maxwell-Gleichungen postulieren, dass es keine MM gibt (weil man keine beobachtet hat). Wenn man aber die Gleichungen für elektrische und magnetische Ladungen symetrisch aufschreibt (und damit die letzte Asymetrie beseitigt), dann gibt es natürlich magnetische Monopole, genauso wie es elektrische gibt.

Divergenz(B) = 0 heißt ja anscheinend, dass keine magnetischen Ladungen vorhanden sind. Divergenz(B) = rho_m beschreibt eine magnetische Ladungsdichte. Was sind denn noch wesentliche Änderungen in den gekoppelten Feldgleichungen, wenn rho_m ungleich 0 ist. Und was bedeutet dies für das Vektorpotential A mit B= rot A ?

[Agent Scullie]

Was sind denn noch wesentliche Änderungen in den gekoppelten Feldgleichungen, wenn rho_m ungleich 0 ist. Und was bedeutet dies für das Vektorpotential A mit B= rot A ?

einmal könnte man einfach hingehen und sagen, dass die Darstellung von B durch ein Vektorpotential A nicht mehr möglich ist, bzw. ein zweites Skalarpotential phi_m (neben dem phi_e für das elektrische Feld) einführen, so dass:

E = - grad phi_e - dA/dt

B = - grad phi_m + rot A

Das würde aber mit der relativistischen Formulierung der Elektrodynamik kollidieren, in der phi_e und A ein Vierervektorpotential A^mu = (phi_e, A_x, A_y, A_z) bilden. Ein phi_m wäre dann der Fünfte im Bunde, was mit der Vierdimensionalität der Raumzeit nicht zusammenpasst.

Eine Alternative besteht darin, einen magnetischen Monopol durch eine Singularität des Vektorpotentials zu beschreiben. Dazu kann man z.B. eine stromdurchflossene Spule vorstellen. Diese hat einen Nord- und Südpol, ist also zunächst noch kein Monopol. Nun stellt man sich vor, dass man die Spule immer dünner macht und ihre beiden Ende immer weiter auseinanderzieht. Im Grenzfall einer unendlich dünnen Spule mit unendlich weit voneinander entfernten Ende ist jedes der beiden Enden von einem magnetischen Monopol nicht zu unterscheiden. Denkt man sich eine Kugeloberfläche um ein Spulenende herum, so hat man an jedem Punkt dieser Oberfläche, mit Ausnahme desjenigen Punktes, durch den die unendlich dünne Spule (von Dirac "String" genannt, hat aber nichts zu tun mit den Strings aus der Superstringtheorie) verläuft, eine magnetische Flussdichte proportional zum inversen Quadrat des Kugelradius, die entweder überall aus der Kugel heraus- (Nordpol) oder überall hineinführt (Südpol). Da der Diracsche String unendlich dünn ist, wäre es praktisch nicht möglich, ihn zu detektieren, so dass sich das Gebilde praktisch wie ein echter Monopol verhielte. Auf dem String hätte das Vektorpotential dann eine Singularität, da dort die magnetische Flussdichte unendlich wäre.

[Seether]

Ich finde derartige Belege immer wieder auf eine mystizistische Art und Weise faszinierend - schade nur, dass mir einfach die nötige Intelligenz fehlt, sie auch auf wissenschaftlicher Basis völlig nachvollziehen zu können.

[McWire]

Ich finde derartige Belege immer wieder auf eine mystizistische Art und Weise faszinierend - schade nur, dass mir einfach die nötige Intelligenz fehlt, sie auch auf wissenschaftlicher Basis völlig nachvollziehen zu können.

Man muss nicht unbedingt eine Geni in höherer Mathematik sind, um physikalische Erkenntnisse zu verstehen.
Zwar mag es dann immer Modellfehler geben (z.B. virtuelle Teilchen in Zusammenhang mit Quantenfluktuationen oder Gummi-Tuch-Modell der Raumkrümmung), aber man wird auch nicht vollkommen daneben liegen.

Wie mir "Agent Scullie" erklärt hat, sollte man aber aus diesen vereinfachten Modellen keine Schlussfolgerungen ziehen, da diese Schlussfolgerung auf unvollständigen Beschreibungen basieren und dementsprechend fehlerhaft sind.

@ Thema

Ich finde den Artikel ganz interessant.

Eine Alternative besteht darin, einen magnetischen Monopol durch eine Singularität des Vektorpotentials zu beschreiben. Dazu kann man z.B. eine stromdurchflossene Spule vorstellen. Diese hat einen Nord- und Südpol, ist also zunächst noch kein Monopol. Nun stellt man sich vor, dass man die Spule immer dünner macht und ihre beiden Ende immer weiter auseinanderzieht. Im Grenzfall einer unendlich dünnen Spule mit unendlich weit voneinander entfernten Ende ist jedes der beiden Enden von einem magnetischen Monopol nicht zu unterscheiden. Denkt man sich eine Kugeloberfläche um ein Spulenende herum, so hat man an jedem Punkt dieser Oberfläche, mit Ausnahme desjenigen Punktes, durch den die unendlich dünne Spule (von Dirac "String" genannt, hat aber nichts zu tun mit den Strings aus der Superstringtheorie) verläuft, eine magnetische Flussdichte proportional zum inversen Quadrat des Kugelradius, die entweder überall aus der Kugel heraus- (Nordpol) oder überall hineinführt (Südpol). Da der Diracsche String unendlich dünn ist, wäre es praktisch nicht möglich, ihn zu detektieren, so dass sich das Gebilde praktisch wie ein echter Monopol verhielte. Auf dem String hätte das Vektorpotential dann eine Singularität, da dort die magnetische Flussdichte unendlich wäre.

Diese Erklärung bzw dieses Modell ist sogar sehr bildlich und leicht zu verstehen.

Wobei dann die Frage ist, ob wir "echte" magnetische Monopole vorliegen haben oder nur eben diese "Pseudo-Monopole", welche "insgeheim" noch miteinander verbunden sind.

[prince]

Ich finde derartige Belege immer wieder auf eine mystizistische Art und Weise faszinierend - schade nur, dass mir einfach die nötige Intelligenz fehlt, sie auch auf wissenschaftlicher Basis völlig nachvollziehen zu können.

Geht mir genau so.
Heißt das jetzt man könnte einen Magneten her stellen der eine Sorte Magneten abstößt, die andere aber immer anzieht ?
Ist euch eigentlich klar was man damit technisch alles anstellen könnte ?

[blueflash]

Da die Monopole wohl experimentell hergestellt wurden, gehe ich mal von einer endlichen Länge aus.

[Agent Scullie]

Da die Monopole wohl experimentell hergestellt wurden, gehe ich mal von einer endlichen Länge aus.

von welcher Länge sprichst du jetzt? Von der Länge des Dirac-Strings? Im Experiment würde man zwar immer Monopol-Antimonopol-Paare mit entgegengesetzten Ladung erzeugen, es ist aber nicht festgelegt, dass es die Enden desselben Dirac-Strings wären.

[HiroP]

Eine Alternative besteht darin, einen magnetischen Monopol durch eine Singularität des Vektorpotentials zu beschreiben.

Das klingt mir wie die Lösung eines mathematischen Problems, indem man das eine durch ein neues, die Singularität, ersetzt. Oder irre ich mich da?

[bozano]

Das klingt mir wie die Lösung eines mathematischen Problems, indem man das eine durch ein neues, die Singularität, ersetzt. Oder irre ich mich da?

Ist das nicht immer so? Man erstellt ein Modell des zu beobachtenden Objektes und wenn die Schlussfolgerungen aus dem Modell mit der Beobachtung übereinstimmen, ist das Modell hinreichend korrekt und wenn nicht, muss das Modell verändert werden, damit man das nächste mal besser schlussfolgern kann.

[Physicus91]

soweit ich weiß ist es immer so.

mir fält gerade der name des lieben physikers nicht mehr ein aber das Zitat doch noch:

Wir machen uns Bilder der Realität derart, dass die logischen Konsequenzen der Bilder wiederrum Bilder der natürlichen Konsequenzen der dargestellten Realität sind.

oder im shema (siehe anhang)

[irony]

Wikipedia schreibt jetzt über magnetische Monopole:

Im Oktober 2010 gelang es, laut Nature Physics, Wissenschaftlern am Paul Scherrer Institut mit Hilfe der hochintensitären Röntgenstrahlung des Swiss Light Source diese magnetische Monopole nachzuweisen.[3]

So ganz verstehe ich es aber immer noch nicht, was genau man nun da nachgewiesen hat? Es wird ja auch einschränkend gesagt:

In der Festkörperphysik lassen sich Monopol-Analoga in Spin-Eis beobachten. Diese verhalten sich in vielerlei Hinsicht wie echte magnetische Monopole, aber mikroskopisch gesehen ist das Magnetfeld weiterhin quellenfrei.

Die Rede ist auch von Quasiteilchen. Also doch keine richtigen Monopole.