monopoleissa

Magneettiset monopolit, joita kutsutaan yleensä monopoleiksi, ovat hipotettisia hiukkasia, joilla on ainoastaan magneettinen lataus. Toisin kuin tavallisilla magneeteilla, joissa on sekä pohjoinen että eteläinen napa, monopoli kantaisi magneettisen varauksen yksinomaisesti.

Teoriassa monopolit liittyvät magnetismin symmetrian täydentämiseen ja akateemiseen pohdintaan sähkömagnetismin peruslaeista. Jos monopolit olisivat olemassa, Gaussin laki magneettiselle kentälle sekä Maxwellin yhtälöt saisivat lisäyksen magneettisesta lähteestä ja magneettisesta virtakentästä. Monopolit antanevat mahdollisuuden sähköisen varauksen kvanttistumisen, kuten Dirac osoitti: monopolin olemassaolon tulos on sähkövarauksen kvantittuminen. Tarkka kvantisaatiotahto riippuu käytetystä yksikköjärjestelmästä, mutta ajatus siitä, että magneettinen ja sähköinen varaus ovat diskreettejä, pysyy keskeisenä.

Teoreettisesti monopoleja esiintyy laajasti ei-abelian gai-teorioissa. Esimerkkinä ovat ’t Hooft-Polyakovin monopolit, jotka syntyvät spontaanin symmetrian breakingin tuloksena topologisesti vakaana ratkaisuna. Joissakin GUT-teorioissa ja malleissa voi esiintyä myös elektowei-magneettinen monopoli; nämä ovat teoreettisia ratkaisuja, joita ei ole kokeellisesti vahvistettu.

Kokeellinen tilanne on epävarma: toistaiseksi ei ole vahvistettua osoitusta magnettisesta monopolista. Vuonna 1982 Blas Cabrera raportoi mahdollisesta tapahtumasta SQUID-luupissa, mutta aineistoa ei voitu toistaa. Maailmanlaajuiset kokeet, kuten MACRO, IceCube ja MoEDAL LHC:lla, asettavat yhä tiukempia rajoja monopolin vuotuisvirralle ja ominaisuuksille, mutta lopullista havaintoa ei ole saatu. Myös kondensoituneissa aineissa, esimerkiksi spin ice -materiaaleissa, esiintyy emergentteja magneettisia monopolina muistuttavia quasipartikkeleita, jotka auttavat ymmärtämään monopolitisen ilmiön mahdollista luonnetta.

Monopolit ovat edelleen tärkeä teoreettinen piste kohti sähkömagnetismin symmetrioiden ja uuden fysikan mahdollisuuksia.