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apl. Prof. Dr. Folkert Müller-Hoissen
apl. Prof. Dr. Folkert Müller-Hoissen

Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation, Göttingen

apl. Prof. Dr. Folkert Müller-Hoissen (53 Jahre) studierte Physik in Göttingen, wo er auch promovierte und nach auswärtigen Postdoc-Stellen als Assistent in der Theoretischen Physik zurückkehrte und habilitierte. Seit 1996 ist er am MPI für Dynamik und Selbstorganisation (ehemals MPI für Strömungsforschung) in Göttingen beschäftigt und seit 2000 auch außerplanmäßiger Professor für Physik an der Göttinger Universität. Sein derzeitiger Forschungsschwerpunkt ist die Mathematik und Physik nichtlinearer Wellenphänomene.

Frage:

Gibt es einen magnetischen Monopol?

Antwort:

„Magnetische Monopole“ treten bislang nur als hypothetische Objekte in physikalischen Theorien auf, die über das konsolidierte Wissen hinaus zu reichen versuchen.

Zunächst eine Abgrenzung zu dem uns vertrauten Magnetismus. Elektrische Ladungen existieren bekanntlich in zwei Arten, die wir als „positiv“ und „negativ“ unterscheiden. Sie sind Quelle eines Kraftfeldes (elektrische Feldstärke). Bewegte elektrische Ladungen bilden einen Strom und darum herum ein Magnetfeld. (Manche erinnern sich sicherlich an die Visualisierung der Feldlinien mit Hilfe von Eisenfeilspänen im Physikunterricht.) Fließt ein Strom durch eine Spule aus nahezu kreisförmigen Drahtschleifen, so entsteht ein Magnetfeld das in der Mitte senkrecht zu den Schleifen weist. Dieses Magnetfeld hat eine Richtung, abhängig von der Stromrichtung. Einen (Stab-) Magneten, wie ihn wohl jeder schon in der Hand gehalten hat, stellen sich Physiker aufgebaut vor aus im Wesen ähnlichen Gebilden von atomarer Dimension („magnetische Dipole“), die so zueinander ausgerichtet sind, dass sich ihre Magnetfelder addieren. Die Enden des Magneten werden gewöhnlich als Nord- bzw. Südpol bezeichnet. Schaut man sich die magnetischen Feldlinien an, so gewinnt man den Eindruck, als würden sie vom einen zum entgegengesetzten Pol verlaufen. Auch ein sehr vorsichtiges Zerteilen des Magneten in der Mitte liefert aber keinen einzelnen (= mono) Nord- bzw. Südpol, sondern zwei Magnete mit jeweils Nord- und Südpol, im Einklang mit dem beschriebenen mikroskopischen Bild. Ein Magnet ist also nicht wirklich aus einem „Nordpol“ und einem „Südpol“ aufgebaut.

Unabhängig davon könnte es derartige „Monopole“ aber tatsächlich geben. In der Tat besteht eine erstaunliche Symmetrie zwischen Elektrizität und Magnetismus auf der Ebene der zugrunde liegenden (Maxwell) Gleichungen, die nur durch das Fehlen einer „magnetischen Ladungsdichte“ (und eines entsprechenden "magnetischen Stroms") analog zur elektrischen Ladungsdichte gestört wird.

Man kommt als nachdenklicher Physiker somit kaum umhin, über die Möglichkeit von „magnetischen Ladungen“ zu spekulieren und dies tat auch bereits 1931 der berühmte Physiker und Nobelpreisträger Paul Dirac (1902-1984). Er zeigte unter anderem, dass im Falle der Existenz magnetischer Monopole jede elektrische Ladung Vielfaches einer Elementarladung sein muss, womit eine Erklärung für die beobachtete „Quantisierung“ der elektrischen Ladung gefunden wäre (wofür die Physik ansonsten noch keine befriedigende Erklärung anzubieten hat).

In theoretischen Ansätzen zu einer weitergehenden Vereinheitlichung von Elementarteilchen und ihren Wechselwirkungen (so genannte GUTs = Grand Unified Theories, auch String-Theorie) treten sogar notwendig Varianten von magnetischen Monopolen auf. Aber deren vorhergesagte Massen sind so groß, dass solche Monopole nicht in realistischen Teilchenbeschleunigern erzeugt werden können. Allerdings könnten magnetische Monopole kurz nach dem Urknall des Universums entstanden sein und vereinzelt auch heute noch umherfliegen. In Experimenten (etwa auf Basis der theoretisch erwarteten Ionisation- oder Induktionswirkung magnetischer Monopole) konnte allerdings ein entsprechender Nachweis bislang nicht zweifelsfrei geführt werden.

 
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