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  • A la Recherche du Monopôle Magnétique

    Posté le 22 août 2016

    Monopole_Magnetique-02Prédit par la physique quantique, le monopôle magnétique manque encore à l’appel.

    Le monopôle électrique est ce qu’on appelle plus couramment la charge électrique. Les charges électriques opposées s’attirent et les charges électriques identiques se repoussent par l’interaction des champs électriques, qui se dirigent du positif au négatif. Les monopôles électriques existent sous la forme de particules qui possèdent une charge électrique positive ou négative, tels que les protons ou les électrons.

    A première vue, le magnétisme semble analogue à l’électricité : il existe un champ magnétique avec une direction définie comme allant du Nord au Sud. Cependant nous n’avons pas trouvé la contrepartie magnétique de la charge électrique : nous n’avons jamais observé de monopôles magnétiques.

    Les aimants n’existent que sous la forme de dipôles, avec un Nord et un Sud. Quand on scinde une barre aimantée en 2 on n’obtient pas un Nord et un Sud séparés mais on obtient 2 aimants plus petits avec un Nord et un Sud chacun. Même si vous scindez cet aimant jusqu’à obtenir des particules vous obtenez toujours un dipôle magnétique.

    Lorsqu’on observe le magnétisme dans le monde, ce que l’on voit correspond exactement aux équations de Maxwell, qui décrivent l’unification des champs électriques et magnétiques. Elles ont été publiées par James Maxwell en 1861 et 1862 et sont encore utilisées en ingénierie, dans les télécommunications, pour les applications médicales, etc. Mais une de ces équations, la loi du magnétisme de Gauss, stipule qu’il n’existe pas de monopôles magnétiques.

    Le magnétisme que l’on observe dans la vie de tous les jours peut être attribué au mouvement des charges électriques. Lorsqu’une particule chargée électriquement se déplace le long d’un chemin, tel qu’un électron se déplaçant le long d’un cable, il génère un courant électrique. Ce courant induit un champ magnétique qui l’entoure.

    La 2ème cause du magnétisme implique une propriété de la mécanique quantique appellée “spin”. On peut y penser comme une particule électriquement chargée en rotation autour d’un axe plutôt que se déplaçant dans une direction particulière. Cela génère un moment angulaire (ou moment cinétique) dans la particule qui fait se comporter l’électron comme un dipôle magnétique (un petit aimant). Cela signifie que l’on peut décrire le phénomène magnétique sans avoir recours aux monopôles magnétiques.

    Mais ça n’est pas parce que nos théories de l’électromagnétisme classique correspondent à nos observations que cela implique nécessairement que les monopôles magnétiques n’existent pas.

    Monopole_Magnetique

    Dès que nous commençons à plonger dans les profondeurs obscures de la théorie, on commence à trouver des arguments très tentants en faveur de leur présence dans l’Univers.

    En 1894, le prix Nobel Pierre Curie a discuté de la possibilité d’une telle particule et n’a trouvé aucune raison de mettre en doute son existence. Plus tard, en 1931, le prix Nobel Paul Dirac a montré que lorsque les équations de Maxwell sont étendues pour inclure un monopôle magnétique, la charge électrique peut seulement exister en valeurs discrètes.

    Cette quantification de la charge électrique est l’une des exigences de la mécanique quantique. Dirac a donc montré que l’électromagnétisme classique et l’électrodynamique quantique étaient des théories compatibles.

    Peu de physiciens peuvent résister à la beauté de la symétrie dans la nature. Et parce que l’existence d’un monopôle magnétique impliquerait une dualité entre l’électricité et le magnétisme, la théorie suggérant son existence devient presque enivrante.

    La dualité, c’est quand 2 théories différentes peuvent être liées de telle sorte qu’un système est analogue à l’autre. Si c’était le cas, et que la force électrique étaient complètement similaire à la force magnétique, alors peut-être qu’il en serait de même pour les autres forces. Peut-être qu’il serait possible de relier la force nucléaire forte avec la force nucléaire faible. Cela ouvrirai la voie à une unification de toutes les forces.
    Mais, évidemment, ça n’est pas parce qu’une théorie a une symétrie attrayante que cela rend correcte.

    Les scientifiques ont déjà produit des structures ressemblant à des monopôles magnétiques en laboratoire, en utilisant des arrangements complexes de champs magnétiques dans des condensats Bose-Einstein et des superfluides. Cela a permis de montrer qu’un monopôle magnétique n’était pas une impossibilité physique mais ça n’est pas la même chose qu’en découvrir un dans la nature.

    Des expériences de physique des particules ont déjà annoncé de possibles candidats de monopôles magnétiques mais, jusqu’à maintenant, aucune de ces découvertes n’a montré être irréfutable ou reproductible.

    Le détecteur MoEDAL du LHC (Monopole and Exotics Detector At the LHC) a continué la recherche mais n’a trouvé aucun monopôle magnétique jusqu’à maintenant.

    Les défenseurs de l’existence des monopôles magnétiques ont donc orienté leur recherche pour expliquer pourquoi nous n’en avons toujours pas détecté : si les accélérateurs de particules actuels n’en ont toujours pas détecté c’est peut-être que la masse d’un monopôle magnétique est plus importante que ce qu’ils sont capables de créer. Elle pourrait être d’une valeur allant jusqu’à 1014 TeV.

    Un objet aussi massif pourrait seulement avoir été créé au tout début de l’Univers, juste après le Big Bang et juste avant que l’inflation commence.

    Source : The Conversation


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