{"id":22804,"date":"2016-05-16T07:57:31","date_gmt":"2016-05-16T05:57:31","guid":{"rendered":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2016\/05\/16\/was-ist-ein-magnetischer-monopol\/"},"modified":"2025-05-14T16:17:03","modified_gmt":"2025-05-14T14:17:03","slug":"was-ist-ein-magnetischer-monopol","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2016\/05\/16\/was-ist-ein-magnetischer-monopol\/","title":{"rendered":"Was ist ein magnetischer Monopol?"},"content":{"rendered":"

In der Serie „Fragen zur Astronomie“<\/a> geht es heute wieder mal um Teilchenphysik. An hypothetischen Partikeln herrscht in der Wissenschaft ja kein Mangel; in den Fachartikeln der Theoretikerinnen und Theoretiker existieren mehr Teilchen deren Existenz man vermutet als tats\u00e4chlich nachgewiesene Objekte. Zu den prominentesten Hypothesen geh\u00f6rt etwas, das man schon seit fast 100 Jahren sucht… Die heutige Frage besch\u00e4ftigt sich damit und lautet: Was ist ein magnetischer Monopol?<\/b><\/p>\n

\"Bild:<\/a>
Bild: gemeinfrei<\/a><\/figcaption><\/figure>\n

Magnete kennen wir aus dem Alltag. Sie haben einen Nordpol und einen S\u00fcdpol und jeder wei\u00df, dass sich zwei unterschiedliche Pole eines Magneten anziehen; zwei gleich Pole dagegen absto\u00dfen. Ein Magnet hat aber immer<\/i> zwei unterschiedliche Pole. Es hilft auch nichts, wenn man ihn in der Mitte auseinander schneidet: Man bekommt so nur zwei kleinere Magnete mit wieder jeweils zwei unterschiedlichen Polen. Ein magnetischer Monopol w\u00e4re ein hypothetisches Objekt oder Teilchen, dass tats\u00e4chlich nur einen einzigen Pol hat; ein isolierter Nord- oder S\u00fcdpol.<\/p>\n

Das ist nicht so seltsam, wie es klingt. Bei der elektrischen Kraft ist das v\u00f6llig normal. Hier gibt es elektrisch positive Ladungen und elektrisch negative Ladungen und beide k\u00f6nnen komplett getrennt voneinander existieren. Und Magnetismus ist ja auch nur eine andere Erscheinungsform der Elektrizit\u00e4t – nicht umsonst werden beide Kr\u00e4fte schon seit dem 19. Jahrhundert zusammen als Elektromagnetismus<\/i> beschrieben. Ein „elektrischer Monopol“ w\u00e4re zum Beispiel das Elektron<\/i>, ein Elementarteilchen das negativ geladen ist. Ein bewegtes Elektron erzeugt ein Magnetfeld. Und genau so w\u00fcrde ein bewegter magnetischer Monopol ein elektrisches Feld erzeugen. Ein magnetischer Monopol w\u00e4re f\u00fcr den Magnetismus das, was das Elektron f\u00fcr die Elektrizit\u00e4t ist. Wenn es ihn denn g\u00e4be…<\/p>\n

Dieses Symmetrie-Argument bildet auch den Ausgangspunkt der modernen Besch\u00e4ftigung mit magnetischen Monopolen. Der bedeutende Physiker Paul Dirac<\/i> hat sich in den 1930er Jahren Gedanken \u00fcber die ber\u00fchmten Maxwellschen Gleichungen<\/a> gemacht. Sie beschreiben wie Elektrizit\u00e4t und Magnetismus sich zusammen verhalten und sie geh\u00f6ren zwar zu den \u00e4sthetisch sch\u00f6nsten mathematischen Gleichungen; sind aber trotzdem seltsam asymmetrisch. Man muss sie gar nicht im Detail verstehen k\u00f6nnen, um das zu erkennen. So sehen sie aus:<\/p>\n

\"max1\"<\/a><\/p>\n

„E“ gibt dabei die St\u00e4rke des elektrischen Feldes an, „B“ die des magnetischen. Das Symbol \u03c1e<\/i> beschreibt die elektrischen Ladungen; je<\/i> ist die elektrische Stromdichte. Betrachtet man die beiden Gleichungen in der erste Zeile, sieht man sofort den Unterschied. Aus der Mathematik \u00fcbersetzt bedeuten sie: „Die elektrische Ladung ist eine Quelle des elektrischen Feldes“ und „Es gibt keine Quellen des magnetischen Feldes“. Anders gesagt: W\u00e4re eine elektrisch positive Ladung eine Quelle und eine elektrisch negative Ladung eine Senke im elektrischen Feld darstellt, gibt es das beim Magnetfeld nicht. Hier gibt es keine Quellen und Senken sondern nur geschlossene magnetischen Feldlinien und vor allem keine magnetischen Monopole. In den beiden Gleichungen der zweiten Zeile zeigt sich die gleiche Asymmetrie. W\u00fcrde man nun die Existenz von magnetischen Monopolen zulassen, w\u00fcrden die Gleichungen so aussehen:<\/p>\n

\"max2\"<\/a><\/p>\n

Sie sind jetzt v\u00f6llig symmetrisch; neben elektrischen Ladungen und Stromdichten gibt es dank der Monopole auch magnetische Ladungen und Stromdichten. Dieses rein \u00e4sthetische Argument fand Dirac durchaus ansprechend; er hatte aber noch ein viel gewichtigeres physikalisches Argument um von der Existenz magnetischer Monopole auszugehen. Wir wissen, dass die elektrische Ladung nicht in beliebigen Gr\u00f6\u00dfen vorkommen kann. Sondern nur als ganzzahliges Vielfaches der Elementarladung<\/i>. Das ist die kleinstm\u00f6gliche frei existierende Ladungsmenge. Ein Elektron hat genau eine negative Elementarladung; ein Proton genau eine positive Elementarladung, und so weiter. Ein Teilchen kann zwei, drei oder 756 Elementarladungen haben. Aber nicht 13,76 oder 5,5. Warum<\/i> das so ist, wei\u00df man bis heute nicht. Dirac hatte allerdings eine L\u00f6sung.<\/p>\n

Wenn es einen magnetischen Monopol gibt, dann muss sich ein Elektron auf einer spiralf\u00f6rmigen Bahn um ihn herum bewegen wenn es ihm begegnet. Dabei \u00e4ndert sich der Drehimpuls des Elektrons. Wie stark die \u00c4nderung ist, h\u00e4ngt von der St\u00e4rke der magnetischen Elementarladung des Monopols ab. Aus der Quantenmechanik wei\u00df man aber auch, dass sich der Drehimpuls nicht beliebig \u00e4ndern kann, sondern nur in bestimmten – eben quantisierten – Schritten. Daraus folgt, dass auch die magnetische Ladung nur ganz bestimmte Werte annehmen darf, ansonsten w\u00e4re die quantisierte \u00c4nderung des Drehimpuls verletzt. Aber wenn magnetische Monopole nur bestimmte Werte f\u00fcr die magnetische Ladung haben k\u00f6nnen, dann muss das gleiche (wieder die Symmetrie der Maxwell-Gleichungen) auch f\u00fcr die elektrischen Ladungen gelten.<\/p>\n

Es gibt also gute Gr\u00fcnde f\u00fcr die Existenz magnetischer Monopole. Mit der modernen Kosmologie sind noch ein paar weitere dazu gekommen. Die Theorien, die beschreiben wie sich die verschiedenen Grundkr\u00e4fte des Universums in der Fr\u00fchzeit des Kosmos verhalten haben, sagen die Existenz von Monopolen ebenfalls voraus. Bis jetzt allerdings hat noch niemand so einen Monopol auch nachgewiesen (Kurze Anmerkung: In der Festk\u00f6rperphysik kann man Zust\u00e4nde erzeugen, bei denen sich Objekte so verhalten, als w\u00e4ren sie magnetische Monopole – das hat aber nichts mit den Monopolen zu tun, um die es hier geht).<\/p>\n

Das kann viele Gr\u00fcnde haben. Die vorhergesagte Masse eines Monopols ist enorm gro\u00df; zumindest f\u00fcr ein Elementarteilchen. So enorm gro\u00df, dass es v\u00f6llig illusorisch w\u00e4re darauf zu hoffen, ihn jemals in einem Teilchenbeschleuniger erzeugen und nachweisen zu k\u00f6nnen. Denn dort k\u00f6nnen ja nur Teilchen auftauchen, deren Masse geringer ist als die entsprechende Energie, die bei den Kollisionen im Beschleuniger frei wird. Aber selbst die Energien die momentan im gr\u00f6\u00dften Beschleuniger den wir haben – der LHC am CERN – m\u00f6glich sind, sind knapp eine Billion mal zu gering daf\u00fcr. Theoretisch k\u00f6nnen Monopole auch durch nat\u00fcrliche Prozesse im Kosmos erzeugt werden. Beim Urknall sollten jede Menge davon produziert werden. Die haben sich aber w\u00e4hrend der Expansionsphase \u00fcberall verteilt und sind heute extrem d\u00fcnn ges\u00e4t. Sch\u00e4tzungen gehen davon aus, dass im ganzen Bereich des Sonnensystems vielleicht gerade mal um die 100 davon herumschwirren. Das macht ihren Nachweis mehr oder weniger unm\u00f6glich. Was die Wissenschaftler aber nicht davon abh\u00e4lt, es weiter zu probieren. In verschiedenen Experimenten wird nach den Monopolen gesucht; zum Beispiel bei MoEDAL (Monopole & Exotics Detector at the LHC)<\/a> am Teilchenbeschleuniger LHC. <\/p>\n

Es ist nat\u00fcrlich auch absolut m\u00f6glich, dass es keine<\/i> magnetischen Monopole gibt. Die besten theoretischen Vorhersagen und die sch\u00f6nsten Symmetrie-Argumente nutzen nichts, wenn die Realit\u00e4t nicht mitspielen m\u00f6chte. Es spricht (noch) nichts dagegen, dass Monopole existieren. Es spricht (noch) einiges daf\u00fcr, dass das so ist. Aber solange sich daran nichts \u00e4ndert, kann man die Frage vom Anfang eigentlich nur so beantworten: Ein magnetischer Monopol ist ein hypothetisches Elementarteilchen, das vielleicht existiert, vielleicht aber auch nicht.<\/b><\/p>\n

Mehr Antworten findet ihr auf der \u00dcbersichtsseite zu den Fragen<\/a>, wo ihr selbst auch Fragen stellen k\u00f6nnt.<\/i>\"\"<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

In der Serie „Fragen zur Astronomie“ geht es heute wieder mal um Teilchenphysik. An hypothetischen Partikeln herrscht in der Wissenschaft ja kein Mangel; in den Fachartikeln der Theoretikerinnen und Theoretiker existieren mehr Teilchen deren Existenz man vermutet als tats\u00e4chlich nachgewiesene Objekte. Zu den prominentesten Hypothesen geh\u00f6rt etwas, das man schon seit fast 100 Jahren sucht… […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":15848,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[731,11],"tags":[273,4412,4423,4436,544,5333,327,276,9334,9337,9728,10138,11248],"class_list":["post-22804","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-astronomische-fragen","category-naturwissenschaften","tag-cern","tag-elektromagentismus","tag-elektron","tag-elementarladung","tag-elementarteilchen","tag-fragen-zur-astronomie","tag-kosmologie","tag-lhc","tag-magnetischer-monopol","tag-magnetismus","tag-maxwell-gleichungen","tag-moedal","tag-paul-dirac"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/22804","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=22804"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/22804\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":22805,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/22804\/revisions\/22805"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media\/15848"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=22804"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=22804"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=22804"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}