Aus der Forschung
Veranschaulichung der Spin-Spaghetti aus Dirac-Strings. Grafik: Helmholtz-Zentrum Berlin
Magnetische Monopole im Spin-Eis
In der Natur sind magnetische Monopole bislang nicht aufgefallen. Anders als elektrische Ladungen treten magnetische „Ladungen“ grundsätzlich nur im Doppelpack auf, als Dipole mit Nord- und einem Südpol. Die Entdeckung von magnetischen Monopolen am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) im Herbst 2009 war daher eine Sensation. Tatsächlich haben Dr. Jonathan Morris, Bastian Klemke und Prof. Dr. Alan Tennant vom HZB ein faszinierendes Phänomen beobachtet: Sie untersuchten ein Kristall mit einer besonderen Geometrie, die auch in gefrorenem Wasser zu finden ist. Während im Wassereis die Wasserstoffatome an den Ecken von Tetraedern platziert sind, sitzen im „Spin-Eis“ Dysprosium-Ionen an den Tetraederecken und richten ihre magnetischen Momente oder Spins im Raum aus. Bei etwa einem Grad Kelvin über dem absoluten Nullpunkt bilden diese Spins lange, verschlungene Ketten, so genannte Spin-Spaghetti, die die Forscher mit Hilfe von Neutronenstrahlen am Berliner Forschungsreaktor beobachten konnten. Unter einem äußeren Magnetfeld verhielten sich die Enden dieser Spin-Spaghetti wie einzelne magnetische Monopole, stellten sie fest. Eine einzelne Kette aus magnetischen Momenten sei ein eindimensionales Objekt in einem dreidimensionalen Raum, erklärt Tennant. Ab einer bestimmten Länge könnten die Enden dieser Ketten als frei betrachtet werden.
Genau genommen sind die jetzt nachgewiesenen magnetischen Monopole also keine neuen Teilchen, denn sie entstehen durch das Zusammenspiel einer enormen Anzahl von Atomen in einer speziellen Geometrie. „Sie verhalten sich aber wie eine neue Art von Teilchen“, sagt Tennant. Und das führt zu neuen Einblicken in die Natur und ihre Gesetze und eventuell auch zu neuen Technologien.
