Se spezzi una calamita a metà, non ottieni un polo nord separato da un polo sud. Ottieni due calamite, ciascuna con il proprio nord e il proprio sud. È una cosa che diamo per scontata: in natura i poli magnetici vengono sempre in coppia.
Eppure, la fisica teorica suggerisce qualcosa di completamente diverso: se esistesse un monopolo magnetico, una particella con un solo polo magnetico?
Un’idea quasi inevitabile
Il monopolo magnetico — una particella dotata di una carica magnetica isolata — non nasce da un pensiero fantasioso, ma da una delle menti più brillanti del Novecento: Paul Dirac.
Negli anni ’30, Dirac scoprì qualcosa di sorprendente.
Le equazioni della fisica quantistica permettono l’esistenza dei monopoli magnetici.
Non solo: la loro esistenza spiegherebbe perché la carica elettrica è quantizzata. In altre parole, il fatto che tutte le cariche elettriche siano multipli di una stessa unità troverebbe una spiegazione elegante e profonda proprio grazie al monopolo magnetico.
Una simmetria matematica
C’è dell’altro a proposito di eleganza. Nel 1865, James Clerk Maxwell rivoluzionò l’elettromagnetismo con le sue quattro famose equazioni. Ebbene, quelle formule presentano una piccola asimmetria: una stranezza matematica. Se esistesse un monopolo magnetico, questa asimmetria scomparirebbe: le equazioni diventerebbero perfettamente simmetriche. E spesso, quando la natura può essere descritta in modo più semplice ed elegante, è un segnale che siamo sulla strada giusta.
Quando la fisica non lascia scampo
Con lo sviluppo delle teorie di grande unificazione (GUT), il quadro diventa ancora più radicale. Queste teorie cercano di unificare le forze fondamentali in un’unica descrizione e, nel farlo, i monopoli magnetici non sono più opzionali: emergono inevitabilmente. Si formerebbero come difetti topologici, imperfezioni simili a quelle che compaiono quando un materiale attraversa una transizione di fase. Un esempio familiare: quando l’acqua congela, si formano cristalli con discontinuità locali. Nell’universo primordiale, qualcosa di simile potrebbe aver dato origine ai monopoli.
Anche nella teoria delle stringhe, il monopolo magnetico continua a comparire. Il fisico Joseph Polchinski lo ha definito “una delle scommesse più sicure che si possano fare sulla fisica non ancora scoperta”.
A questo punto, la domanda diventa inevitabile: se tutto questo è vero… dove sono?
Perché non li vediamo?
Una prima risposta riguarda i nostri strumenti. I monopoli, se esistono, sono probabilmente estremamente massivi. Creare un monopolo magnetico richiederebbe energie enormemente superiori a quelle raggiungibili nei nostri acceleratori di particelle. Tuttavia, nell’universo primordiale, appena dopo il Big Bang, c’erano condizioni energetiche sufficienti: temperature incredibilmente elevate, mille miliardi di miliardi di miliardi di volte più alte del Sole. Dovrebbero esistere ancora oggi, nello spazio. E invece non li vediamo.
Un universo che nasconde le sue tracce
Qui entra in gioco una delle idee più sorprendenti della cosmologia moderna: l’inflazione cosmica. Proposta da Alan Guth nei primi anni ’80, prevede che l’universo, nei primissimi istanti della sua storia, abbia attraversato una fase di espansione estremamente rapida ed esponenziale.
I monopoli formatisi prima o durante l’espansione inflazionaria sono stati dispersi in modo drastico: regioni dello spazio inizialmente vicine sono state separate da distanze enormi.
Sarebbe come prendere pochi granelli di sabbia e distribuirli su un intero pianeta.
Oltre il nostro orizzonte
L’universo osservabile è solo una piccola parte del cosmo. A causa dell’inflazione e dell’espansione accelerata, esistono regioni che non potremo mai raggiungere né osservare. Oltre i circa 46 miliardi di anni luce, nulla potrà mai giungere a noi. È possibile che il monopolo magnetico sia là fuori, presente ma per sempre irraggiungibile.
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