Desde el punto de vista teórico, uno se siente inclinado a creer que los monopolos han de existir, debido a la belleza matemática de su concepción. Aunque se han hecho varias tentativas de hallarlos, ninguna ha tenido éxito. Debiera deducirse de ello que la belleza matemática en sí no es razón suficiente para que la naturaleza aplique una teoría. Nos queda aún mucho que aprender en la investigación de los principios básicos de la naturaleza.
P. A. M. DIRAC, 1981
El monopolo magnético es una idea planteada por Paul Dirac en 1931 para establecer una simetría entre el campo eléctrico y el campo magnético en las Ecuaciones de Maxwell.
Un campo magnético tiene siempre asociados dos polos magnéticos (norte y sur), al igual que un imán. Si se corta un imán en dos partes, cada una tendrá a su vez dos polos magnéticos. Si se sigue el proceso hasta tener únicamente un electrón girando en una órbita, el campo magnético que genera tiene, también, dos polos.
Un monopolo magnético sería una partícula que tendría únicamente un polo magnético (norte o sur). Teóricamente, nada impediría la existencia del monopolo magnético; incluso, su existencia se hace necesaria en algunas teorías de la creación del Universo. No obstante, esto no significa que existan, pues hasta ahora todos los intentos de crear un monopolo magnético en aceleradores de partículas han sido infructuosos.
Aplicando la ley de Gauss a los campos magnéticos se obtiene:
que demuestra que una supuesta partícula que emite un campo magnético B dentro de una superficie cerrada, tiene un flujo magnético a través de esa superficie igual a cero ya que entran en esa superficie tantas líneas de campo magnético como salen por la presencia de dipolos magnéticos.
Si en algún momento se demuestra que esta integral tiene un valor distinto de cero, se demostrará la existencia de monopolos magnéticos.
En 1974 los físicos Geradt Hooft y Alexandr Poliakov mostraron independientemente que de las teorías de campo unificadas podía deducirse que los monopolos magnéticos debían existir, y que tienen una masa muy grande (varios trillones de veces mayor que la masa del protón) aunque serían más pequeños que un protón.
De las teorías del Big Bang se deduce que en los primeros momentos del Universo (en los primeros 10-34 segundos) debieron formarse monopolos magnéticos en grandes cantidades, los cuales se aniquilaron poco después y sólo sobrevivió un cierto número.
Un experimento realizado en la Universidad de Stanford por Blas Cabrera, un hijo de Nicolás Cabrera y nieto de Blas Cabrera, basado en una bobina superconductora mantenida cerca del cero absoluto aparentemente logró detectar la pasada fortuita de un monopolo magnético el dia 14 de febrero de 1982 a la 1:53. Sin embargo, no se ha podido repetir la medición. Esto puede deberse a la bajísima probabilidad de encontrar uno por puro azar.
DIRAC Y EL MONOPOLO MAGNÉTICO
No ha de extrañarnos, pues, que una sugerencia teórica del famoso y distraído (1) Dirac fuera atendida con cuidado por sus colegas experimentales, sobre todo porque es una idea que rescata en parte la simetría del electromagnetismo. En efecto, uno de los avances científicos más notables del siglo pasado fue, sin duda, el establecimiento de la teoría electromagnética, que liga los fenómenos eléctricos con los magnéticos. En esta teoría, que nos ha permitido entender en buena medida el comportamiento de la luz y que ha hecho posible las comunicaciones modernas, se supone la existencia de la carga eléctrica y la falta de su análogo magnético, el monopolo. En el electromagnetismo clásico el monopolo magnético no existe. En consecuencia, las ecuaciones básicas de la teoría electromagnética —las famosas ecuaciones de Maxwell— no tratan por igual a las cantidades eléctricas y a las magnéticas. Esta falta de simetría, que se remediaría de existir el monopolo magnético, le resta a las hermosas ecuaciones de Maxwell un poco de belleza.
El monopolo magnético introduciría en la electricidad y el magnetismo una simetría de la cual carecen en nuestra visión actual. Como veremos, la teoría hoy en boga considera al magnetismo como un subproducto —casi accidental— de la electricidad. El magnetismo existe sólo como resultado de que las cargas eléctricas se muevan. Una partícula cargada origina un campo eléctrico a su alrededor, y cuando esa carga se mueve produce un campo magnético, como un efecto secundario. En aras de la simetría, debería haber también cargas magnéticas que originaran campos magnéticos y que, al moverse, crearan en su entorno campos eléctricos exactamente en la misma forma que las partículas elementales de electricidad producen un campo magnético. Las partículas magnéticas podrían emitir y absorber luz (igual que lo hace un electrón) y, viceversa, en la misma forma en que un fotón energético puede engendrar un electrón y un positrón, también podrían crearse un par de monopolos al desaparecer la luz.
Figura 5. P. A. M. Dirac (1902-1984).
La idea que Dirac tuvo al proponer el monopolo, propuesta que como ya dijimos hizo tan sólo un año después de predecir la existencia del positrón, ha inspirado una larga serie de investigaciones, tanto teóricas como experimentales. Hasta ahora, la búsqueda del monopolo magnético ha sido frustrante. Salvo dudosas excepciones, los experimentadores no han hallado signos del monopolo. Por su parte, los teóricos no han podido fincar una buena razón por la cual el monopolo no debiera existir. Por ello se le sigue buscando: en ausencia de una ley que prohiba la ocurrencia de un fenómeno, éste debe darse aunque sea con una bajísima probabilidad. Todo aquello que pueda ocurrir, ocurrirá. Por eso los físicos continúan empeñados en buscar el monopolo magnético, aun cuando haya transcurrido medio siglo desde el brillante trabajo de Dirac. Si bien la búsqueda de la carga magnética no está siempre en la frontera más activa de la ciencia, cuando la gran ilusión parece a punto de tornarse en realidad se convierte de nuevo en tema de conversación cotidiana entre los físicos. Descubrir el monopolo, o aun la ley que impida su existencia, conmovería la física hasta sus bases.
NOTAS (1) Desde 1952 Dirac fue nombrado a la Cátedra Lucasiana de Matemáticas en Cambridge, famosa por haber sido ocupada por Newton. Luego se casó con la hermana de otro físico connotado, Eugene Wigner, con la cual tuvo descendencia. Es conocida la historia que corre acerca del día en que nació su primogénito: cuando ya su esposa sentía los dolores del parto. Dirac salió corriendo por los pasillos del Instituto al mismo tiempo que gritaba: ¡La hermana de Wigner va a tener un hijo, auxilio, auxilio!
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