10.10.2009
1. H. Kadowaki, N. Doi, Y. Aoki, Y. Tabata, T.J. Sato, J.W. Lynn, K. Matsuhira and Z. Hiroi. Observation of magnetic monopoles in spin ice. Journal of the Physical Society of Japan,78, No. 10, Oct. 13, 2009. (The team first presented their findings in an invited talk at the International Conference on Neutron Scattering in May 2009.) 2. D. J. P. Morris, et al. Dirac strings and magnetic monopoles in spin ice Dy2Ti2O7. Science, online publication Sept. 3, 2009. 3. Castelnovo, C. et al.: Magnetic monopoles in spin ice. In: Nature 451, 42-45, 2008. На рис.: В кристалле спинового льда создан монополь (красная сфера) и рядом антимонополь (голубая сфера) (вверху). Нейтронное рассеяние показало переход спинового льда из нормального состояния (посередине) к монопольному состоянию. Монополи рассеивают нейтроны (показано красными стрелками внизу). Credit: NIST. Многие годы ученые пытались обнаружить магнит с один полюсом. За последнее время вышло сразу несколько работ, посвященных созданию монополей и исследованию их свойств. Один такой экзотический экземпляр обнаружили ученые из Национального института стандартов и технологий (the National Institute of Standards and Technology - NIST). В 1931 году Поль Дирак фактически предсказал существование «магнитных монополей» - частиц с одним полюсом, но никому их не удавалось увидеть. Ученые из NIST’s Center for Neutron Research (NCNR) под руководством Хироаки Кадоваки (Hiroaki Kadowaki) из Токийского столичного университета (Tokyo Metropolitan University) использовали титанат диспрозия (Dy2Ti2O7), который при охлаждении почти до температуры абсолютного нуля образует так называемый спиновой лед, замерзая в виде кристаллов тетраэдров (пирамид с треугольным основанием). Спины ионов в верхушках таких пирамид сбалансированы, то есть у двух ионов направлены наружу, у двух других – внутрь. С помощью нейтронного рассеяния ученые обнаружили, что могут менять ориентацию одного из спинов таким образом, что три спина оказываются направленными внутрь пирамиды, один – наружу. При этом образуется монополь или, по крайней мере, его математический эквивалент. Так как все вершины пирамид-кристаллов соединены друг с другом, то рядом с монополем образуется антимонополь. Ученые создали такие пары из монополей-антимонополей в довольно большом куске спинового льда, и нейтронное рассеяние позволило им подтвердить наличие монополей, которые ведут себя так же, как предсказанные Дираком частицы. Исследователи также нашли способы исследования магнитных монополей в лабораторных условиях. «Это не частицы, предсказанные Дираком, потому что они огромны по сравнению с ними, но ведут себя одинаково. Их свойства позволят нам проверить поведение таинственных монополей», - рассказывает Джефф Линн. Авторы других работ также изучали разные вида спинового льда (титанат диспрозия - Dy2Ti2O7 и титанат гольмия - Ho2Ti2O7) и получили похожие результаты (смотри работы 2 и 3). Конечно, ученые не смогли ответить на вопрос, где во Вселенной искать монополи Дирака, но Линн утверждает, что исследование спинового льда позволит ученым проверить некоторые предсказания о монополях: «Уравнения Максвелла показывают, что монополи должны починяться закону Кулона, который говорит о том, что их взаимодействие должно ослабевать с расстоянием, и мы можем проверить справедливость таких законов в спиновых кристаллах льда».
http://www.nist.gov/public_affairs/techbeat/tb2009_1006.htm#monopole
