Monopol

In der Physik gilt grundsätzlich die Regel: Ein Magnet besteht immer aus einem Nord- und einem Südpol. Dabei bilden zwei entgegengesetzte Ladungen ein sogenanntes Dipolmoment. Theoretisch würde sich ein einzelner Pol (ohne dazugehörigen Gegenpol) „magnetischer Monopol“ nennen. In der Vorstellung sieht das folgendermaßen aus:

  • Am Ende eines Stabmagneten befindet sich ein Pol.
  • Dieser Pol ist extrem weit von seinem Gegenpol am anderen Ende entfernt.
  • Daher üben die Pole keinerlei Wirkungskraft aufeinander aus.

Wenn es Monopole als einzelne Teilchen gäbe, wären sie Träger einer magnetischen Ladung entsprechend der elektrischen Ladung. Demzufolge würden magnetische Ladungen die Quellen und Senken des magnetischen Feldes bilden. In der Physik gibt es verschiedene Hypothesen zur Existenz solcher Phänomene. In der Natur konnten Forscher allerdings bisher nur magnetische Felder mit geschlossenen Feldlinien (also ohne Quellen und Senken) beobachten.

Mögliche Nachweise von magnetischen Monopolen

Einige Festkörper beinhalten elektronische Strukturen (sogenannte Quasiteilchen), die einer Mischung von genau gleich vielen, einzelnen Nord- bzw. Südpolen ähneln. Diese werden gelegentlich als magnetische Monopole bezeichnet, aber können eigentlich nur paarweise (und nicht als freie Teilchen) auftreten. Dennoch arbeiten Wissenschaftler stetig daran, Quasiteilchen und ihre magnetischen Eigenschaften weiter zu erforschen. Seit 2009 stehen die Festkörper vom Typ Spin-Eis im Fokus solcher Experimente. Hierbei handelt es sich um monopolähnliche Quasiteilchen in Form von Elektronenspins, die folgende Merkmale aufweisen:

  • Sie können sich frei durch den Festkörper bewegen (vergleichbar mit Gasmolekülen).
  • Sie existieren nur paarweise als Nord- und Südpol.
  • Auf lokaler Ebene verhalten sie sich wie Quellen der Magnetisierung; global bleibt das Magnetfeld aber quellenfrei.

Abgesehen von Quasiteilchen gibt es noch eine weitere Phänomene, die Forscher als Nachweis für magnetische Monopole in Betracht ziehen. Der britische Physiker Paul Dirac stellte die Hypothese auf, dass magnetische Monopole in Gestalt von Elementarteilchen das Gegenstück zu Elektronen darstellen könnten. Hierfür sprechen zwei Argumente:

  • Die bemerkenswerte Asymmetrie zwischen Magnetismus und Elektrizität, die sich beispielsweise in den Maxwell-Gleichungen zeigt, wäre aufgehoben.
  • Es ließe sich erklären, weshalb elektrische Ladungen ausschließlich „gequantelt“ (also in ganzzahligen Vielfachen der Elementarladung) vorkommen.

Trotz intensiver Forschungsarbeiten konnten Dirac und seine Nachfolger diese Annahmen jedoch bis heute nicht beweisen. Die Faustregel bleibt also nach wie vor: Magnete treten immer als Dipole auf.


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