La asimetría de la naturaleza

Hay cargas y campos eléctricos, y solo los campos son magnéticos. ¿Puede haber cargas magnéticas en el universo?

No puede cometer un solo error y aún así perder. Esto no es debilidad, es vida.
- Jean-Luc Picard

En ciencia, y especialmente en física, una gran cantidad de procesos físicos se basan en simetrías fundamentales. En gravedad, la fuerza con la cual cualquier masa actúa sobre otra es igual en magnitud y opuesta en dirección a la fuerza ejercida por la otra masa sobre la primera.





Lo mismo es cierto para las cargas eléctricas, aunque hay una trampa: la interacción eléctrica puede ser positiva o negativa, de acuerdo con los signos de las cargas. Además, la electricidad está estrechamente relacionada con otra interacción, el magnetismo.



Como la electricidad tiene cargas positivas y negativas, donde lo similar repele a lo similar y los opuestos se atraen, el magnetismo tiene los polos norte y sur, que también tienen el mismo repulsivo y diferente atracción. Pero el magnetismo demuestra diferencias fundamentales de la electricidad de una manera cierta y obvia:

• La electricidad puede tener muchas cargas reunidas juntas, o cargas positivas o negativas separadas.
• El magnetismo puede tener muchos polos ensamblados, pero no se puede aislar el polo norte del sur.

En física, dos cargas opuestas o polos conectados entre sí se denominan dipolo, y una carga separada se denomina monopolo.



Con un monopolo gravitacional, todo es simple: esto es masa. Con los eléctricos, también es simple: cualquier partícula fundamental con una carga, como un electrón o un quark, funcionará.

¿Pero los monopolos magnéticos? Hasta donde sabemos, no existen. El universo donde existen sería sorprendentemente diferente del nuestro. Piensa en cómo se relacionan la electricidad y el magnetismo.



Una carga eléctrica en movimiento, o corriente eléctrica, crea un campo magnético perpendicular a la línea de movimiento. Un cable recto con una corriente eléctrica que lo atraviesa produce un campo magnético que va en círculo alrededor del cable. Si envuelve el conductor en un bucle o bobina, aparecerá un campo magnético dentro de él.

Resulta que esto funciona en ambos sentidos. Las leyes de la física tienden a la simetría. Esto significa que si tengo un bucle o una bobina de cable, y cambio el campo magnético dentro de él, crearé una corriente eléctrica que hará que las cargas eléctricas se muevan. Esta es la inducción electromagnética descubierta por Michael Faraday hace más de 150 años.



Entonces, tenemos cargas eléctricas, corriente eléctrica y campo eléctrico, pero no hay cargas magnéticas o corrientes magnéticas, solo campos magnéticos. Puede cambiar el campo magnético y hacer que las cargas eléctricas se muevan, pero no puede hacer que las cargas magnéticas se muevan cambiando el campo eléctrico, ya que no existen cargas magnéticas.

De la misma manera, es posible crear un campo magnético moviendo cargas eléctricas, pero no se puede crear un campo eléctrico moviendo cargas magnéticas; de nuevo, no existen.

En otras palabras, existe una asimetría fundamental entre las propiedades eléctricas y magnéticas de nuestro Universo. Por lo tanto, las ecuaciones de Maxwell para los campos E y B (eléctricos y magnéticos) son muy diferentes.



La razón por la cual las ecuaciones son tan diferentes es porque existen cargas eléctricas (ρ y Q) y corrientes (J e I), y sus contrapartes magnéticas no. Si elimina las cargas y corrientes eléctricas, se volverán simétricas hasta las constantes fundamentales.

Pero, ¿y si existieran cargas y corrientes magnéticas? Los físicos han estado pensando en esto durante más de cien años, y si existieran, podríamos escribir cómo se verían las ecuaciones de Maxwell si los monopolos magnéticos estuvieran en la naturaleza. Así es como se verían (en forma diferencial)?



Una vez más, exacto a las constantes fundamentales, las ecuaciones ahora se ven muy simétricas Podríamos mover las cargas magnéticas simplemente cambiando los campos eléctricos, creando corrientes eléctricas e induciendo campos eléctricos. En la década de 1930, Dirac jugó con ellos, pero luego la conclusión generalmente aceptada fue que si existieran, dejarían algún tipo de rastro. Esta área no se tomó en serio, ya que la física es esencialmente una ciencia experimental; sin evidencia de monopolos magnéticos, es muy difícil de justificar.

Pero las cosas comenzaron a cambiar en la década de 1970. La gente experimentó con Teorías de la Gran Unificación, o ideas sobre el hecho de que puede existir mucha más simetría en la naturaleza de lo que vemos. La simetría puede romperse, debido a que hay cuatro interacciones fundamentales diferentes en el Universo, pero ¿quizás todas ellas se combinaron en una sola energía alta? Como resultado, todas estas teorías predicen la existencia de nuevas partículas de alta energía y, en muchos casos, monopolos magnéticos (en particular, el monopolio Hooft-Polyakov ).



Los monopolos magnéticos siempre han sido un tema tentador para los físicos, y las nuevas teorías han alimentado este interés. Entonces, en la década de 1970, hubo una búsqueda de monopolos, y el más famoso de ellos fue dirigido por el físico Blas Cabrera [ nieto del fundador de la investigación física en España, Blas Felipe Cabrera / aprox. perev. ] Tomó un cable largo y lo retorció en ocho bucles para que pudiera medir el flujo magnético a través de él. Si un monopolo pasara a través de él, generaría una señal con una fuerza de exactamente ocho magnetons . Bueno, si un dipolo magnético estándar pasara a través de él, habría generado una señal de +8 magnetons, seguida inmediatamente por una señal de -8 magnetons, de esta manera estas señales podrían distinguirse.


Blas Cabrera con su detector magnético monopolo

Y entonces construyó este dispositivo y comenzó a esperar. El dispositivo era imperfecto, a veces uno de los bucles enviaba una señal, y en casos aún más raros la señal era enviada por dos bucles simultáneamente. Pero para detectar el monopolo magnético, se necesitaban exactamente ocho, pero el dispositivo no mostraba más de dos. El experimento continuó sin éxito durante varios meses y, como resultado, comenzaron a regresar solo varias veces al día. El 14 de febrero de 1982, Blas no fue a su oficina porque estaba celebrando el día de San Valentín. Cuando regresó a trabajar el 15 de febrero, se sorprendió al descubrir que la computadora y el dispositivo el 14 de febrero registraron una señal en exactamente ocho magnetons.



Este descubrimiento despertó al público y generó una gran ola de interés. Se construyeron dispositivos más grandes con un área de superficie más grande y una gran cantidad de bucles, pero, a pesar de las búsquedas cuidadosas, nadie más encontró un monopolo. Steven Weinberg incluso escribió un poema a Blas Cabrera el 14 de febrero de 1983:

Las rosas son rojas
Las violetas son azules
Es hora de monopolo
Numero DOS!

Las rosas son rojas
Violetas de azul
Introducir el segundo monopolio
¡Te lo pediríamos!

[ Una referencia a un poema popular utilizado en países de habla inglesa en relación con la celebración del Día de San Valentín // aprox. perev. ]

Pero el segundo monopolio no apareció. ¿Fue una falla ultra rara del experimento de Cabrera? ¿Era este el único monopolo en nuestra parte del Universo que accidentalmente pasó a través de un detector? Como no hemos encontrado otros, es imposible saberlo con certeza, pero la ciencia debe ser reproducible. Pero este experimento no pudo ser reproducido.

Hoy en día, los monopolios siguen buscando experimentos, pero las expectativas son muy bajas.



La naturaleza sería hermosa en su simetría, pero, por mucho que no nos gustaría, es asimétrica, no en todos los niveles. Y nadie tiene la culpa de esto; solo el universo tal como es. Es mejor aceptarlo así, independientemente de lo estéticamente agradable que sea de otro modo, que dejar que nuestros prejuicios nos desvíen.