La sorprendente somiglianza tra le leggi fisiche che descrivono i fenomeni elettrici e quelle che descrivono i fenomeni magnetici è nota fin dal XIX secolo. Però, mancava un pezzo che rendesse i due perfettamente simmetrici:i monopoli magnetici. Mentre i monopoli magnetici sotto forma di particelle elementari rimangono sfuggenti, ci sono stati alcuni successi recenti nell'ingegneria degli oggetti che si comportano efficacemente come monopoli magnetici. Ora, gli scienziati dell'Istituto di Scienza e Tecnologia Austria (IST Austria) hanno dimostrato che esiste un modo molto più semplice per osservare tali monopoli magnetici:hanno dimostrato che le goccioline di elio superfluido agiscono come monopoli magnetici dal punto di vista delle molecole che sono immerse al loro interno. Tali goccioline sono state studiate per decenni, ma fino ad ora, questa affascinante caratteristica era passata del tutto inosservata.

Quando si lavora con carica elettrica, è facile separare i poli positivo e negativo. L'elettrone caricato negativamente rappresenta un polo negativo, il protone caricato positivamente è il polo opposto (positivo), e ciascuna è una particella individuale che può essere separata dall'altra. Con magneti, sembrava che avessero sempre due poli impossibili da separare:tagliare a metà un magnete dipolo, e ti ritroverai con due magneti dipolo, tagliali di nuovo e otterrai solo magneti a dipolo ancora più piccoli, ma non potrai separare il polo nord dal polo sud.

Sfidato da questo puzzle, gli scienziati hanno costruito con successo sistemi che agiscono efficacemente come monopoli magnetici:alcune strutture cristalline sono state fatte per comportarsi come monopoli magnetici. Ma ora, un team interdisciplinare composto da fisici teorici e un matematico ha scoperto che questo fenomeno si verifica anche in sistemi molecolari che non necessitano di essere ingegnerizzati per questo scopo ma che sono noti da tempo.

Gocce nanometriche di elio superfluido con molecole immerse in esse sono state studiate già da diversi decenni, ed è uno dei sistemi a cui il professor Mikhail Lemeshko e il postdoc Enderalp Yakaboylu sono particolarmente interessati. In precedenza, Il professor Lemeshko ha proposto una nuova quasiparticella che semplifica drasticamente la descrizione matematica di tali molecole rotanti, e all'inizio di quest'anno ha mostrato che questa quasiparticella, l'angulone, può spiegare le osservazioni che erano state raccolte in 20 anni. Enderalp Yakaboylu ha inoltre utilizzato l'angulon per prevedere proprietà precedentemente sconosciute di questi sistemi. La scoperta della proprietà nelle goccioline di elio superfluido che ora riportano, però, arrivò inaspettatamente e solo dopo aver scambiato idee con il matematico Andreas Deuchert, chi dice, "È stata una sorpresa per tutti noi vedere emergere questa caratteristica nelle equazioni". In un istituto fortemente interdisciplinare come IST Austria, tali collaborazioni non sono insolite, e viene favorita l'interazione tra gruppi di ricerca di diversi campi.

"Negli altri esperimenti, hanno progettato un sistema per diventare un monopolio. Qui, è il contrario, " Enderalp Yakaboylu dice. "Il sistema era ben noto. Le persone studiano le molecole rotanti da molto tempo, e solo dopo ci siamo resi conto che i monopoli magnetici erano stati lì per tutto il tempo. Questo è un punto di vista completamente diverso".

Secondo i ricercatori, la scoperta apre nuove possibilità per lo studio dei monopoli magnetici. In particolare, l'aspetto di un monopolo magnetico nelle goccioline di elio superfluido è molto diverso dall'altro, studiato in precedenza, sistemi. "La differenza è che abbiamo a che fare con un solvente chimico. I nostri monopoli magnetici si formano in un fluido piuttosto che in un cristallo solido, e puoi usare questo sistema per studiare i monopoli magnetici più facilmente, "Spiega il professor Mikhail Lemeshko.