H2SO4

A világ érdekes, de ezt nem mindenki veszi észre az iskolában, vagy pedig már rég elfelejtette.
Ez a blog az ismeretterjesztésről szól. Aki minden, a blogban előforduló fogalmat ismer és ért, annak valószínűleg nem mondanak sok újat ezek a bejegyzések. Inkább azoknak szól, akik természettudományos okosságokról és butáskodásokról szeretnének valamit olvasni, (ál)tudományoskodás nélkül, egyszerű, közérthető nyelven.
Ez a blog nem tankönyv, nem törekszik teljességre, nem akar az érdeklődőre ráborítani egy kisebb kérdésnél egy egész könyvtárat. Az sem rossz, de az legyen az érdeklődő döntése.

Főző Attila László

facebook

Hozzászólások

vidzset.

Budapesti légszennyezés

Budapest szmogtérképe

A Föld által felhalmozott hő

Spinjégkorszak

2009.10.24. 22:13 :: H2SO4

Fejükhöz kaptak-e a fizikatanárok? Az ősz ugyanis érdekes hírt hozott. Kutatóknak ugyanis sikerült mágneses monopólust előállítaniuk. Abszolút premier. Nem dipólust, hanem monopólust! Hagyok egy kis időt izgalomba jönni.

Az iskolában ha mást nem, azt mindenki megtanulja, hogy akármeddig fűrészelgetjük ketté a mágnesrudakat, mágnespatkókat és a hűtőmágneseket, azoknak mindig két pólusa lesz. (Egy darab északi és egy darab déli.) Talán még az a meggondolatlan mondat is elhangzik a suliban, hogy mágneses monopólus nincs. Pedig Paul A. M. Dirac elméleti fizikus meg is jósolta, hogy lennie kell mágneses monopólusoknak. Diracról ne felejtsük el, hogy Wigner Mancit vette feleségül, ezért Wigner Jenővel sógorságba került. Még a házasság előtt, 1931-ben állt elő Dirac azzal, hogy léteznie kell magányos mágneses monopólusoknak, hasonlóan a kétféle, magányosan is létező elektromos töltésekhez. Ezek a részecskék sokáig hipotetikusak voltak, de vajon most már nem azok?

A legtöbb portálhír úgy tálalja a felfedezést, mintha a Dirac-jóslat vált volna valóra, de mivel az újságírók jó része nem néz utána a témának, nem is ujjong és dobja el egerét extázisában a hír kapcsán. Ugyanis a mágneses monopólus megtalálása nagyon nagy esemény. Lenne. A Wikipédia magyar változata így tálalja (2009.10.24.), azonban az angol sokkal visszafogottabb és jelzi, hogy ez a mágneses monopólus, nem „az” a mágneses monopólus.
A 2009. őszén megjelent felfedezésben sok tudósnak volt szerepe. A kutatócsoportok mindegyike ún. spinjéggel dolgozott. A spinjég két dologban hasonlít a (víz)jéghez. A kristályszerkezete olyan, hogy az alkotó részecskék mindegyikét négy másik veszi körül úgy, hogy azok egy tetraéder egy-egy csúcsának helyén csücsülnek. A másik hasonlóság, hogy a középen levő részecskét a csúcson ülők közül kettő kedveli (vonzás), míg a másik kettő ikább a szomszéd tetraéder lakója felé kacsint. A H2O esetében az O-atom van középen (nagy, üres karika) és a H-atomok (kicsi, teli körök) a csúcsokban.
A spinjég kristályrácsa ilyen, de az anyaga speciális. A mágneses monopólus jelenlétét kimutató tudósok ritkaföldfémek (Dy, Ho) titánvegyületeivel dolgoztak. A Dy2Ti2O7 (diszprózium-titanát) esetében a Ti2O72--ion van a tetraéder közepében, a csúcsokban levő Dy+-ionok közül kettőnek a spinje (bizonyos mágneses tulajdonsága) egyik irányba, a másik kettőnek ellenkező irányba mutat. A kísérletek nem konyhai körülmények között zajlottak, ugyanis egy tökéletes kristályt kb. 1 K hőmérsékletre (-272 Celsius fok) hűtöttek, mágneses térbe tették, majd neutronokkal sugározták be. (Szóljon, akinek ilyen konyhája van.)

A hétköznapi életben használt állandó mágnesek anyagában a fent említett spinek azonos irányba mutatnak, ezért is tartós a hatás. A spinjégben kétféle irány van és a kristályban az azonos irányban álló spinnel rendelkező részek kacskaringós csöveket (spagetti) alkotnak. Ezeket Dirac-húroknak vagy spin-spagettiknek nevezték el. A kutatók a neutronok segítségével térképezték fel a spagettiket és azt találták, hogy azok mérete befolyásolható. A kísérletek során ezek a spagettik úgy viselkedtek, hogy az egyik végük északi, a másik pedig déli pólusú volt. A spagetti-végeken levő mágneses monopólusok csak és kizárólag ezekben a különleges anyagokban léteznek, itt azonban mérhetőek és akár hasonlóan mozoghatnak, mint az elektromos töltések. El is nevezték az ő tevékenységüket magnetromosságnak.
A spinjégben kimutatott mágneses monopólusok nem azok az igazi részecskék, melyeket Dirac megjósolt, de a gyakorlati jelentőségük így sem kicsi.
A fizikatankönyveket nem kell kidobni, a fizikatanárok a fejükhöz kaphatnak, de nem „azért”, hanem „azért”.

Ez a helyzet.

ferromágneses szobor

10 komment · 1 trackback

Címkék: jég neutron spin mágnesség monopólus dirac

A bejegyzés trackback címe:

https://h2so4.blog.hu/api/trackback/id/tr891472787

Trackbackek, pingbackek:

Trackback: Létezik-e mágneses monopólus? 2009.11.10. 08:37:18

Mindig két pólusa van-e a mágnesnek vagy sikerült végre megtalálni a mágneses monopólust? ...

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

daniferi 2009.10.25. 04:24:51

Érdekesnek tűnik, de marhára nem értem. Holnap elolvasom ismét :)

Oppenheim · http://mentok.blog.hu 2009.10.25. 07:48:19

Ez most akkor olyan szupravezető dolog?

dir3c 2009.10.25. 10:34:06

Semmi különleges nincs a jelenségben. Egyszerűen a mozgó elektronok mágneses tere közös lesz. Ezeken az "ösvényeken" mozognak az elektronok, ezeknek a végeik pedig a monopólusok. (Dirac egyenleteire épít a húrlemélet is.)

A részecske mc2 energiája egy mágneses teret definiál. Ebben mozog a ponttöltés egy spirál pályán, Ez a részecske spinje. Ez nem forgás, hiszen az elektron pontszerű. Az elektron kering a saját mágneses terében. Ez állhat mozgásirányba vagy ellentétesen azzal. Ez a kvantált spin.

Egy külső mágneses térhez ennek a komponense mindig hbar/2 értéku. Ez azért van igy, mert a spiral pálya elemei szórt impulzusmomentumot adnak a térben.

A spin mint látszik a részecske "teréhez" kapcsolható. Az egészet úgy is fel lehet fogni, hogy nem a részecske kering, hanem a tér forog körülötte, és a részecske egyenesen halad, pont mint a gravitáció Einsteini leírásában.

Ekkor az elektromágnesesség is felírható úgy, mint a téridő görbülete. Igy írta le Kaluza Klein 1921-ben az elektromágnesességet, mint egy görbült 5. dimenzióban történű geodetikus mozgást.

bm613 · http://izland2009.blog.hu 2009.10.25. 11:12:35

@dir3c: Csak egy apró kötekedés: Kaluza ÉS Klein, látom, a saját blogodon is kihagytad a kötőszót. Ne higgye senki, hogy ez egy embert jelent, a rendkívül furcsa Kaluza keresztnévvel.

H2SO4 2009.10.25. 13:35:03

A szupravezetéshez nincs köze, ott más típusú anyagról van szó (kerámiaszerű) és az elektromos ellenállás csökken le.
Itt ún. kvázirészecskéket találtak. Ezek nem igaziak, de úgy viselkednek, mintha azok lennének.

dir3c 2009.10.25. 16:20:16

"Dirac az elektromos töltés kvantummechanikai tárgyalását összekapcsolja a mágnességgel, és felújítja a mágneses töltés fogalmát. Végeredményben arra a következtetésre jut, hogy az elektromos töltés kvantáltságát csak úgy tudja megmagyarázni, ha mágneses töltések is vannak, és azok is kvantáltak. A kettő tehát összekapcsoltan jelenik meg. Elég, ha egyetlen mágneses pólus van valahol az univerzumban, az már kiváltja az elektromos töltés kvantáltságát. A kutatások eddig ezt nem erősítették meg. Dirac élete végéig reménykedett benne, hogy a jövőben sikerül kísérletileg kimutatni."

www.termeszetvilaga.hu/fizika_eve/tortenet/fiztort/dirac.html

Az igazán nagyok ritkán tévednek,..

dir3c 2009.10.25. 17:25:41

Minden részecske kvázirészecske, csak nézőpont kérdése.
A Dirac tenger a félvezető kristályokra illik a legjobban, pedig Dirac a vákumra találta ki.
Ott egy lyuk keletkezik az elektron helyén, míg a vákumban egy pozitron.

De a kettő ugyan az.

dir3c 2009.10.25. 17:31:42

Azt írtam, hogy a tér forog körülötte. De nem úgy kell ezt elképzelni, hogy az egész univerzum forog.

Ezek a forgó terek Planck méretűek. Ezek a húrelmélet húrjainak feleltethetőek meg. Egy állóhullám hátteret adnak a mozgó részecskének, amit a kvantummechanika is megkövetel.
Ez a vákum.