Physiker finden magnetische Monopole

Zwei Forschergruppen entschleiern unabhängig voneinander altes Mysterium des Elektromagnetismus

Magnetische Monopole
Magnetische Monopole

Berlin/Grenoble (Frankreich) - Elektrische Ladungen lassen sich in positiv und negativ auftrennen, mit Magneten klappt dieses Kunststück nicht. Auch wenn man einen Magneten immer wieder halbiert, bilden die Bruchstücke sofort einen magnetischen Nord- und Südpol aus. Dieser Grundsatz der Physik gilt nun nicht mehr. Unabhängig voneinander gelang Physikern mit zwei Experimenten in Berlin und Grenoble nun der Beweis, dass magnetische Monopole tatsächlich existieren. Beide Gruppe veröffentlichen ihre Ergebnisse in einer Vorabveröffentlichung der Zeitschrift "Science".

"Wir bechreiben neue, fundamentale Eigenschaften der Materie" sagt Jonathan Morris vom Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB). Zusammen mit Kollegen aus Dresden, Argentinien und Großbritannien fand er die bisher für nicht existent geglaubten magnetischen Monopole in einem Kristall aus Dysprosiumtitanat. Wegen der Ähnlichkeit des Kristallgitters zu den Molekülen in gefrorenem Wasser wird diese Substanz auch Spin-Eis genannt. Über gestreute Neutronen, die die Forscher in dem Berliner Forschungsreaktor auf ihre Probe lenkten, entdeckten sie, dass sich im Spin-Eis die magnetischen Momente zu verschlungenen Schläuchen, den Spin-Spaghetti anordneten.

Mit einem äußeren Magnetfeld gelang den Forschern nun der wesentliche Schritt. Sie konnten die Spin-Spaghetti neu ausrichten und eine Trennung der magnetischen Pole nachweisen. Als Ergebnis wurden bei einer Temperatur von etwa minus 272 Grad Celsius einzelne Spin-Spaghetti mit magnetischen Monopolen an ihren Enden sichtbar. Die charakteristischen Merkmale dieser magnetischen Monopole konnten parallel durch Messungen der Wärmekapazität der Spin-Eis-Struktur beobachtet werden. Und völlig unabhängig von der Berliner Forschergruppe untersuchten französische, britische und deutsche Wissenschaftler ein weiteres Spin-Eis aus Holmiumtitanat. Auch ihre Ergebnisse, die sie mit Neutronen am Institut Laue-Langevin in Grenoble gewannen, zeigen schlüssige Hinweise auf die Existenz von magnetischen Monopolen.

Mit diesen beiden Experimenten wird ein altes, physikalisches Mysterium endgültig entschleiert. Denn schon 1931 sagte Paul Dirac in einer Theorie die Existenz von Monopolen als Quelle von Magnetfeldern voraus. Wesentlich wurde er von dem scheinbaren Widerspruch angetrieben, dass sich elektrische Ladungen trennen ließen, Magnetpole jedoch nicht. Aus Diracs Berechnungen folgten so genannte Dirac-Strings, die sich wie Schläuche durch ein Material schlängeln und an ihren Ende magnetische Monopole tragen. Mit den nun beobachteten Spin-Spaghetti kommen die Berliner Forscher der Idee dieser Dirac-Strings sehr nahe.

Nach dieser bahnbrechenden Entdeckung tauchen bereits erste Ideen auf, magnetische Monopole für hochdichte Datenspeicher nutzen zu wollen. Zugleich wird in der Physikergemeinde gemunkelt, dass diese Entdeckung durchaus nobelpreisverdächtig sei. Doch zuvor müsste das Experiment an anderer Stelle wiederholt und mit den gleichen Ergebnissen bestätigt werden. Da die Monopole auch nur im Spin-Eis und nicht isoliert auftreten, liegt eine technische Anwendung eher in weiter Ferne.