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Monopôle magnétique

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Les monopôles magnétiques sont d’hypothétiques charges magnétiques introduites une première fois en physique en 1931 par l’un des géants de la physique du XXième siècle, Paul Dirac. Celui-ci s’était interrogé sur une curieuse dissymétrie dans la nature. Alors qu’il existait des charges électriques élémentaires positives et négatives, donc des monopôles électriques, on ne rencontre ordinairement dans la nature que des dipôles magnétiques, comme les aimants. Ne pouvait-il pas exister des pôles magnétiques séparés, des monopôles magnétiques ?

En posant la question dans le cadre de la toute jeune électrodynamique quantique qu’il venait de créer avec Heisenberg, Pauli et Fermi, il découvrit qu’il pouvait effectivement en exister, à condition que des charges électriques élémentaires existent également.

Si l’on note g la valeur de la charge magnétique élémentaire et e celle d’une charge électrique alors leur produit doit être proportionnel à un multiple entier de la constante de Planck.

C’était un résultat spectaculaire car, non seulement il conduit à une symétrie supérieure dans le cadre des équations de l’électromagnétisme (celles de Maxwell), mais il explique aussi pourquoi toutes les charges électriques connues à l’époque devaient être un multiple entier de la charge élémentaire e à partir du moment où l’on admet l’existence de ces monopôles.

Plus tard, notamment grâce aux travaux de Sydney Coleman et Gerard ‘t Hooft, des monopôles magnétiques firent aussi leur apparition dans le cadre des Théories de Grande Unification, les GUT. Malheureusement, malgré d’intenses recherches en accélérateurs et même dans les rayons cosmiques, les monopôles magnétiques sont restés introuvables.

Dans le cadre des modèles cosmologiques basés sur des GUT, ils auraient néanmoins été produits en abondance au début de l’histoire de l’Univers. La quantité aurait été tellement importante qu’elle aurait stoppé l’expansion de l’Univers depuis longtemps, sauf si l’on fait intervenir une phase d’expansion ultra-rapide, la fameuse inflation, ayant diminué considérablement la densité de monopôles.

La théorie M, basée sur la théorie des cordes, utilise de façon centrale des monopôles magnétiques.

Paul Dirac Paul Dirac

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