Magnetismus: Forscher erschaffen Monopol bei Zimmertemperatur

Lange galt es als sicher, dass Nord- und Südpol eines Magneten nur zusammen existieren können. Inzwischen aber ist klar, dass es unter Extrembedingungen auch magnetische Monopole geben kann. Forscher haben jetzt einen solchen Sonderling sogar bei Zimmertemperatur kreiert.

Wo ein Nordpol ist, muss in der Nähe auch ein Südpol sein. Dieses Elementarwissen über Magnetismus lernen Kinder schon in der Schule. In der Tat schienen die beiden Pole bislang unzertrennlich. Wenn man beispielsweise einen Stabmagneten teilt, erhält man nicht etwa einen Nord- und einen Südpol, sondern zwei kleinere Magneten mit beiden Polen.

Der britische Physiker Paul Dirac postulierte 1931, dass es magnetische Monopole geben müsse. Seine Begründung: So könne man die merkwürdige Asymmetrie zwischen Magnetismus und Elektrizität aufheben. Denn Ladungen lassen sich sehr wohl in elektrische Monopole von Plus und Minus trennen.

Der erste experimentelle Nachweis eines magnetischen Monopols gelang 2009 einem Forscherteam mit deutscher Beteiligung. Die Forscher hatten sogenanntes Spin-Eis mit Neutronen beschossen, die an der Kristallstruktur gestreut wurden. Das half den Forschern, Rückschlüsse auf die magnetischen Strukturen in der Verbindung zu ziehen. Das Experiment erforderte jedoch extrem niedrige Temperaturen nahe des absoluten Nullpunkts von minus 273 Grad Celsius.

Einem Forscherteam vom Imperial College London ist es nun gelungen, magnetische Monopole bei Zimmertemperatur zu erzeugen. Will Branford und seine Kollegen ordneten kleine Stabmagneten in Nanogröße in einer sechseckigen Wabenstruktur an.

An jeder Ecke eines Sechsecks stoßen dann drei Magneten aneinander. Und genau das sorgt für Schwierigkeiten, weil es nur zwei verschiedene Magnetpole gibt. Zwangsläufig sind immer zwei der drei Pole gleich - es kommt zur Abstoßung und mindestens ein Nanostabmagnet dreht sich. Das löst das Problem aber nicht, weil sich danach zwei andere Pole abstoßen. In einem Video zeigen die Forscher das Prinzip dieses ständigen Umklappens der Stabmagneten.

Mit einem äußeren Magnetfeld gelang es den Forschern schließlich, die Bewegung der kleinen Magneten zu beeinflussen. "So haben wir es geschafft, drei Nordpole an einer Ecke zusammenzubringen", berichtet Branford. Von außen sehe dies dann aus wie ein Mono-Südpol.

Ein magnetischer Monopol als isoliertes Teilchen, wie er Paul Dirac vorschwebte, haben die englischen Forscher damit zwar noch nicht kreiert. Die Studie, die im Fachblatt "Nature Physics" erschienen ist, sei aber ein großer Schritt nach vorn, erklärten die Wissenschaftler.

hda

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