تصویر، 12 میکرومتر در 12 میکرومتر از فراماده مغناطیسی و مصنوعی را نشان می دهد، جایی که تک قطبی ها در هر انتهای ریسمان های دیراک که به صورت خطوط تیره رنگ نمایان اند، دیده می شوند مناطق تیره رنگ مربوط به جزایر مغناطیسی می باشند که در آنجا مغناطیس واژگون شده است. (عکس: مؤسسه پاول شرر)

دانشمندان اولین تصویر مستقیم از تک قطبی های مغناطیسی را که توسط دیراک فیزیکدان انگلیسی – سوئیسی در اوایل دهه 1930 به صورت تئوری اثبات شده بود، ثبت کردند. دیراک نشان داده بود که وجود آنها با استفاده از نظریه نهایی ماده یعنی نظریه کوانتوم سازگار است.
بر اساس تحقیقات منتشر شده در مجله علمی ”Nature ” در 17 اکتبر 2010، دانشمندان مؤسسه پاول شرر توانستند به طور مستقیم با تاباندن پرتو ایکس بسیار شدید منبع نور سوئیس(SLS) از تک قطبی ها عکس برداری کنند.
طبق اظهارات فیزیکدان نظری، پروفسور هانس بنجامین براون از دانشکده فیزیک دانشگاه دوبلین که با همکاری دکتر لورا هیدرمن از مؤسسه پاول شرر در سوئیس این تحقیقات را رهبری می کردند، تک قطبی مغناطیسی ذره ای فرضی و مغناطیس است که تنها یک قطب مغناطیسی دارد.
بعضی از مهمترین نظریه هایی که چگونگی رفتار ماده کوانتوم در جهان را توصیف می کنند به وجود آنها بستگی دارند، اما آنها از دهه 1930که برای اولین بار به صورت تئوری ثابت شده اند، از تصویر برداری مستقیم دوری می کنند.
پروفسور براون: ما برای اولین بار از تک قطبی های بیرون آمده از درون نانوفراماده مغناطیسی و مصنوعی شامل مغناطیس های کوچک با ابعاد چند صد نانومتر ، به طور مستقیم عکس برداری کردیم.
همانطور که دیراک پیش بینی کرده بود، تک قطبی های مشاهده شده توسط محققان متصل به ریسمان هایی به اصطلاح ریسمان های دیراک می باشند که شار مغناطیسی را به تک قطبی های مغناطیسی انتقال می دهند، بسیار شبیه به حالتی که لوله پلاستیکی آب را از آب پاش منتقل می کند.
تیم تحقیقاتی توانست اولین تصویر مستقیم از تک قطبی های فراری را همراه با ریسمان های دیراک متصل به آنها در دمای اتاق ثبت کند.
آزمایش ها به طور مستقیم نشان دادند که چگونه قطب N و S در یک میدان خارجی از یکدیگر جدا می شوند و به دنبال خود ریسمان های دیراک را تولید می کنند. دکتر رمو هوگلی که همراه با پروفسور براون تئوری آزمایش را طراحی کرده است: حقیقتی که ما توانستیم آن را در چارچوب یک مدل نظری توصیف کنیم.
هنگامی که محققین نحوه حرکت تک قطبی ها را آزمایش کردند، دریافتند در هر باری که میدان مغناطیسی اعمال شده را افزایش می دهند، بهمنی از مغناطیس ها برعکس جزیره های مجاور ، شبیه به یک ردیف واژگون از مهره های بازی دومینو را به راه می اندازند.این نوع بهمن ها حقیقتاً به سیستم های مغناطیسی محدود نمی شوند، اما جدا از همتاهای برفی و یخی شان، آنها همچنین خود را در شن و ماسه، در زمین لرزه و در سقوط سهام آشکار می سازند!
این تحقیق که توسط بنیاد علوم ایرلند و بنیاد ملی علوم سوئیس پشتیبانی مالی می شود، در نهایت به دانشمندان کمک می کند تا به چگونگی فعل و انفعال تک قطبی ها در جهان اولیه دست پیدا کنند.
اما ممکن است کشفیات بدست آمده کاربردهای زودرس تری در انتقال و ذخیره داده ها نیز داشته باشند. تا کنون، تنها بارهای الکتریکی در پردازش اطلاعات به کار برده می شدند و استفاده از بار های مغناطیسی مزیت قابل توجهی در سرعت و مصرف برق فرآهم می آورد.
در این شکل تصویری از تک قطبی ها نشان داده شده است هنگامی که کره های بزرگ در انتهای یک ریسمان دیراک مستقرشده اند. دو قطبی ها به صورت دمبل های بارهای مغناطیسی نشان داده شده اند و ریسمان دیراک به ریسمان دمبل های واژگون شده اتلاق می شود که به رنگ تیره نشان داده شده اند.

دیسک های سخت رایانه های امروزی داده ها را به صورت مغناطیسی ذخیره می کنند، و نسل بعدی آنها به احتمال زیاد از مغناطیس های منفرد کوچک مشابه به گونه ای که در این تحقیق بررسی شده اند، ساخته خواهند شد. بنابراین با فهم بهتر رفتار تک قطبی های مغناطیسی دانشمندان قادر خواهند بود تا دیسک های سخت با ظرفیت و سرعت بیشتر تولید کنند.
همانطور که دیراک در سال 1931 نشان داده بود، تک قطبی ها به صورت شبه ذرات بیرون آمده از سیستم های یخ – چرخان گرماکلر وجود دارند که این موضوع توسط کاستل نوو، موسنر و سوندی در سال 2008 پیشنهاد شده است.
در اکتبر سال 2009 اولین مدرک مربوط به این تک قطبی ها و ریسمان های دیراک متصل به آنها در سیستم های گرماکلر در دماهای پایین بر حسب کلوین توسط دانشمندان ژاپنی، آلمانی، فرانسوی و انگلیسی که آن تحقیق را رهبری می کردند، گزارش شد. تحقیق موجود اولین مدرک فضایی مستقیم مربوط به تک قطبی ها و ریسمان های دیراک متصل به آنها را به دست آورده است. سیستم مصنوعی بررسی شده اجازه به کارگیری تک قطبی ها در دمای اتاق را می دهد، پیشرفت قابل توجهی که به ما در ذخیره داده ها کمک فراوانی خواهد کرد.
این تحقیق تحت رهبری هانس بنجامین براون از دانشگاه دوبلین و لورا هیدرمن از مؤسسه پاول شرر انجام شده است. هانس بنجامین براون و رمو هوگلی با پشتیبانی بنیاد علوم ایرلند تئوری آزمایش ها را طراحی کردند و شبیه سازی عددی سیستم را انجام دادند. النا منگوتی، دانشجوی PhD مؤسسه پاول شرر با پشتیبانی بنیاد ملی علوم سوئیس آزمایش های مربوطه را انجام داده اند. ف. نولتینگ و آ. ف. رودریگز متخصصین طیف سنجی و ریزسنجی مغناطیسی از مؤسسه پاول شرر رهبری کار آزمایشگاهی در منبع نور سوئیس (SLS) را به عهده داشتند.

اطلاعات بیشتر: “ Nature Physics “

مترجم: ” محمد هادی اصفهانی “