実磁石で検出された磁気モノポール

ドレスデン（ドイツ）、セントアンドリュース（英国）、ラプラタ（アルゼンチン）、オックスフォード（イギリス）の同僚と協力して、ヘルマンホルツ・ツェントルム・ベルリン・フューチャー・アンド・エナジー（HZB）の研究者は、 モノポール、そしてそれらがいかにして現実の材料に登場するかということです。 彼らは9月3日にサイエンス・エキスプレスウェブサイト内のジャーナル・サイエンスにこの結果を発表します。

（原文）https://www.helmholtz-berlin.de/aktuell/pm/pm-archiv/2009/pm-tennant-morris-monopole_en.html

磁気モノポールは、磁極の北極または南極のいずれかの単磁極を運ぶ物理学者によって提案された仮説的な粒子である。物質界では、磁気粒子は通常双極子として観測されるため、これは非常に例外的です。北と南を組み合わせたものです。しかし、モノポールの存在を予測するいくつかの理論が存在する。 1931年、物理学者のポール・ディラック（Paul Dirac）は、磁場を持つディラック弦（Dirac strings）と呼ばれるチューブの端に磁気モノポールが存在するという結論に導かれた。今まで彼らは検出されなかった。
Jonathan Morris、Alan Tennantら（HZB）は、ベルリンの研究炉で中性子散乱実験を行った。調査対象の材料は、チタン酸ジスプロシウムの単結晶であった。この物質は、非常に顕著な幾何学的形状、いわゆるパイロクロア格子で結晶化する。中性子散乱の助けを借りてMorrisとTennantは、材料内部の磁気モーメントがいわゆる "Spin-Spaghetti"に再構成されたことを示しています。この名前は、磁束が輸送される渦巻き状のチューブ（ストリング）のネットワークが形成されるように、双極子自体の順序に由来する。これらは、磁気モーメントを担う中性子との相互作用によって目に見えるようにすることができる。したがって、中性子は弦の逆数表現として散乱する。
中性子散乱測定の間、磁場が研究者によって結晶に加えられた。このフィールドでは、文字列の対称性と方向性に影響を与える可能性があります。それにより、弦のネットワークの密度を減少させ、モノポールの解離を促進することが可能であった。結果として、0.6〜2ケルビンの温度では、弦は目に見え、端部に磁気モノポールを有する。
これらのモノポールによって構成されたガスのシグネチャは、Bastian Klemke（HZB）によって測定された熱容量でも観測されています。モノポールの存在をさらに確認し、それらが電荷と同じ方法で相互作用することを示す。

この研究では、モノポールが物質の緊急状態として存在すること、すなわち双極子の特別な配置から出現し、物質の構成成分とは全く異なることを初めて研究者が証明している。 しかし、この基本的な知識とともに、ジョナサン・モリスは結果のさらなる意味を説明しています。「私たちは物質の新しい基本的性質について書いています。 これらの特性は、一般に、同じトポロジーを有する材料、すなわちパイロクロア格子上の磁気モーメントに対して有効である。 新技術の開発には、これが大きな意味を持つ可能性があります。 とりわけ、3次元での初めの分数化が観察されることを意味する。

中性子散乱実験の模式図：中性子が試料に向けて発射され、磁場が印加されると、Diracストリングは、その端部に磁気モノポールを備えた場に整列する。 中性子は、弦から散乱して、弦の特性を示すデータを提供する。