"Spin Ice" สิ่งที่อาจจะช่วยในการไขปริศนาแม่เหล็กขั้วเดียว

อนุภาคทีมีขั้วแม่เหล็กเหนือหรือใต้เพียงขั้วเดียวนั้นเป็นที่รู้จักในชื่อ "Magnetic momopole" ซึ่งมีการกล่าวถึงในทฤษฎีบ้างแต่ไม่เคยมีการพอเจอในการทดลอง ปัจจุบันนักฟิสิกสืใน สหรัฐอเมริกา สหราชอาณาจักรและเยอรมัน กล่าวว่า Monopole นั้นจะมีอยู่ในวัสดุแม่เหล็กชนิดพิเศษที่เรียนกว่า "Spin ice" ถึงแม้ประโยชน์โดยตรงจากการศึกษานั้นยังไม่ได้ถูกคิดขึ้น การศึกษาการเคลื่อนของ Monopole เหล่านี้อาจจะนำไปสู่วงจรแม่เหล็กที่มีลักษณะคล้ายวงจรไฟฟ้าสำหรับการสร้างหน่วยความจำแม่เหล็กความหนาแน่นสูง

แม่เหล็กนั้นจะมีขั้วเหนือและใต้อยู่ด้วยกันตลอดเวลา การแยกแม่เหล็กเป็นสองชิ้นนั้นจะทำให้เกิดขั้วเหนือและใต้ใหม่ทันทีทำให้เกิดแม่เหล็กขึ้นใหม่สองชิ้น ปรากฎการณ์นี้เกิดขั้นจนถึงระดับอะตอม แต่สนามไฟฟ้านั้นสามารถเกิดขึ้นได้จากขั้วเดียว จึงเป็นข้อสงสัยว่าทำไมจึงไม่มีแม่เหล็กขั้วเดียว (Magnetic monopole)

ย้อนกลับไปในปี 1931 Paul Dirac ได้เสนอว่า Magnetic monopole นั้นจะสามารถอธิบายปริศนาเกี่ยวกับการ Quantization ของอิเล็กตรอนและหลายทฤษฎีในปัจจุบันได้ใช้สมมุติฐานนี้ในการรวมอัตรกิริยาแบบ Electroweak และ Strong เข้าด้วยกัน น่าเสียดายที่มวลของ Monopole ใน Grand unified theory นั้นใหญ่เกิดกว่าที่จะสังเกตุด้วยเครื่องเร่งอนุภาคได้ (ระดับพลังงานประมาณ 10¹⁶ GeV)

Claudio Castelnovo จาก Princeton University และผู้ร่วมงานจาก Max-Planck Institute for the Physics of Complex Systems และ Oxford University คิดว่า Monopole จะสามารถพบได้ใน Spin ice, สสารที่ประกอบด้วยแถวของ Magnetic moment หรือสปินที่เรียงตัวอยู่บนผลึกของ Tetrahedra ดังรูป สปินจะสามารถชี้ไปด้านในหรือด้านนอกของ Tetrahedra ตาม "Ice rule" ที่จะต้องมี 2 ตัวชี้เข้าและ 2 ตัวชี้ออก Shivaji Sondhi หัวหน้าทีมวิจัยของ Princeton กล่าวว่า "กฎนี้จะเป็นสิ่งอ้างอิงถึงกฎทางฟิสิกส์ของ Ice ที่ Electric dipole moment จะประพฤติตัวแบบเดียวกัน"

สิ่งพิเศษสำหรับ Spin ice คือ จะมีลักษณะตรงข้ามกับสารแม่เหล็กชนิดอื่น ซึ่ง Ice rule จะทำให้มีสถานะพื้นจำนวนมาก ปกติสถานะเหล่านี้จะประกอบด้วยวงปิดของ Magnetic moment แต่ในสถานะถูกกระตุ้น วงเหล่านี้จะแตกออกและประพฤติตัวเป็น Magnetic monopole ที่เคลื่อนทีอย่างอิสระ Sondhi กล่าวว่า "ในสารแม่เหล็กชนิดอื่น อนุภาคที่สถานะพื้นจะจับกันเป็นคู่"

สิ่งที่แตกต่างจากประจุไฟฟ้่าอิสระคือ Monopole เหล่านี้จะมีขีดจำกันในการเคลื่อนที่และไม่สามารถนำไปผลิต Magnetic current ที่เสถียรได้ อย่างไรก็ตาม Olag Tchernyshyov จาก John Hopkins University ใน Baltimore กล่าวว่า "การศึกษาการเคลื่อนของ Magnetic monopole จะเป็นอีกก้าวในการพัฒนาเทคโนโลยีเช่น วงจรแม่เหล็กที่มีลักษณะคล้ายวงจรไฟฟ้า และ หน่วยความจำแม่เหล็กที่มีขนาดเล็กมาก"
http://physicsworld.com/cws/article/news/32343