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.


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