Et sted ute i kosmos er det fysikk-ekvivalenten til en enhjørning. Å få til og med et glimt av denne særheten som ser ut som den isolerte tuppen av en magnet ville være som et fyrtårn om natten, som viser vei til store, samlende teorier om absolutt alt.
Men bortsett fra en et lite unntak på begynnelsen av 1980-talletingen har sett noe som eksternt ser ut som fabeldyret i partikkelfysikk, den magnetiske monopol.
Selvfølgelig kan fysikere ganske enkelt lete etter dem på alle feil steder. En ny analyse fra et internasjonalt team av forskere har avkortet steder å lete ved å modellere magnetiske monopoler i kaoset av kollisjoner høyt oppe i atmosfæren.
Arbeidet deres bruker resultatene av svært sensitive eksperimenter som allerede søker tegn på magnetiske monopoler i kollisjoner av partikler i kraftige akseleratorer, forutsatt at de også ville ha oppdaget de samme ledetrådene som regnet ned fra kollisjoner ovenfor.
Ved å modellere produksjonen av magnetiske monopoler i rusk av atomer sprengt fra hverandre av høyhastighets kosmiske stråler, kunne teamet trygt sette noen harde grenser for hvor mye energi det ville ta å lage en.
Det er ikke akkurat den spennende kunngjøringen vi gjerne vil komme med om partikkelens eksistens, men dette er hvordan vitenskapen fungerer. Og ærlig talt, oppdagelsen ville være vel verdt ventetiden.
Hvis magnetiske monopoler er enhjørninger, er elektriske ladninger hester. De er hardtarbeidende, enkle å finne, og ingen vil hevde at de ikke eksisterer.
Ved å utlede ligningene for elektromagnetisme på 1800-tallet modellerte den skotske matematikeren James Clerk Maxwell bevegelsen til elektronets negative ladning. Fra dette får vi elektriske strømmer og push og pull av et magnetfelt.
Saken er at vi også kan bytte ut funksjoner i denne ligningen og bruke den magnetiske ekvivalenten til en negativ ladning. En magnetisk monopol. Interessant nok avslører de samme ligningene nå hvordan bevegelige magnetiske felt induserer elektriske strømmer.
Fysikken er bygget på baksiden av symmetrier som dette, men i seg selv kan det bare være en skyggekast av matematikken, noe som gjør lite for å bevise at en magnetisk monopol faktisk eksisterer.
Det var ikke før kvantefysikkens morgen at teoretikeren Paul Dirac revurderte denne symmetrien i et nytt lys, og resonnerte gjennom mer komplekse midler at hvis en enkelt magnetisk monopol eksisterte i universet, ville elektriske ladninger måtte komme i diskrete størrelser.
Det faktum at anklagene faktisk er “kvantifisert” igjen er ikke bevis på noe. Men litt etter litt, ettersom kvantefeltteoriene har vokst, har ingenting ennå utelukket eksistensen av en magnetisk monopol.
Faktisk, på 1970-tallet, da fysikere begynte å innse at kvantefelt ble umulig å skille ved høye nok energier, ble det klart at en en slags bølge ville oppstå som for alle formål ville oppføre seg akkurat som en magnetisk monopol.
Et halvt århundre senere fortsetter jakten på denne enhjørningen av fysikk i håp om at vi kanskje – hvis vi fanger en – også vil ha ledetråder om hvordan fysikk kan komme frem fra en enhetlig høyenergiteori.
For det meste, til tross for mye leting, har dette søket kommet opp tomhendt. Et enkelt blip i et Stanford-eksperiment vakte kort debatt, men uten mye replikeringdet har siden blitt sett på som “bare en av de tingene” som skjer i vitenskapen.
De fleste søk fokuserte på å sile ut magnetiske monopoler som ville blitt skapt i ovnene i det tidlige universet. Men modeller som forklarer skapelsen deres er frustrerende lette på detaljer, noe som betyr at vi bare kan gjette på hvordan de vil se ut.
Partikkelakseleratorer kan slå en ut av mørket, men bare hvis magnetiske monopoler kan lages fra relativt lave energier. Og selv da, bare når gasspedalen er i drift.
Kosmiske stråler, på den annen side, er alltid gnistende regnbyger av fett, eksotiske partikler ned på overflaten, mange ved energikolliderere kan ennå ikke nå.
Skulle en av disse tilfeldigvis spytte ut en passe fyldig magnetisk monopol i fremtiden, må vi være på utkikk. I følge resultatene av denne studien kan eksperimenter som IceCube Neutrino Observatory på Sydpolen være en god innsats for å oppdage dem, så lenge de har nok masse.
Det er bare så mange hjørner av fysikken en massiv enhjørning kan gjemme seg i, tross alt.
Denne forskningen ble publisert i Fysiske gjennomgangsbrev.