Schneidet man einen Stabmagneten in der Mitte durch, erhält man nicht ein Stück Nordpol und ein Stück Südpol, sondern schlicht zwei kleinere Magnete mit beiden Polen. Nun jedoch haben Forscher ultrakalte Atome in einen Zustand versetzt, der dieselben Eigenschaften wie ein magnetischer Monopol hat.

In der Natur gibt es nach bisherigem Kenntnisstand nur zweipolige Magnete, bei denen "Quelle" und "Senke" des Magnetfelds stets zusammenhängen: An der einen Seite eines Magneten entstehen die Feldlinien, am anderen Ende verschwinden sie wieder. Das unterscheidet magnetische Ladungen von elektrischen. Diese kommen, wie das Elektron zeigt, auch als isolierte Quelle vor.

Der berühmte Physiker Paul Dirac konnte jedoch 1931 zeigen, dass magnetische Monopole keine Grundprinzipien der Quantenphysik verletzen würden. Sie könnten also durchaus in der Natur vorkommen. Zumindest unter sehr speziellen Laborbedingungen bewahrheitet sich Diracs Vorhersage nun: Der Forschergruppe um David Hall vom US-amerikanischen Amherst College gelang es, eine Magnetfeld-Konfiguration zu erzeugen, die zwar eine Quelle magnetischer Ladungen, aber keine Senke aufweist.

Dazu kühlten die Forscher eine Wolke aus Rubidiumatomen bis auf unter -273 Grad Celsius ab, ein so genanntes Bose-Einstein-Kondensat ist die Folge. In ihm reagieren Rubidiumatome auf Magnetfelder. Mit Hilfe mehrerer Spulen konnten die Forscher die Wolke derart manipulieren, dass die Atome in der Vakuumkammer im Kreis rasen. In der Mitte des Wirbels entstand daraufhin ein winziger Punkt, an dem sich keine Atome befanden, von dem aus aber magnetische Feldlinien diagonal in alle Raumrichtungen liefen – genau so sähe das Magnetfeld eines Monopols aus. Nachvollziehen konnten die Forscher den Verlauf des Magnetfelds über die Geschwindigkeit der Atome in der Wolke, sie hängt von der Stärke und Richtung des Felds ab.

In den vergangenen Jahren ist es Forschern schon häufiger gelungen, die magnetischen Felder im Labor so zu manipulieren, dass ihre Form derjenigen eines Monopols gleicht. Anders als bisherige Ansätze habe ihr Experiment aber auch dieselben Quanteneigenschaften, die Paul Dirac einst vorhergesagt hat, schreiben Hall und seine Kollegen. Damit sei der lang erwartete Nachweis erbracht, dass die "Dirac-Monopole" tatsächlich existieren.

In einem Begleitkommentar wählt Lindsay J. LeBlanc von der University of Alberta bescheidenere Worte: Die Forscher hätten mit Hilfe der ultrakalten Rubidiumatome eine Umgebung erschaffen, die das magnetische Feld eines Monopols imitiert. Ein echter magnetischer Monopol ist das Ergebnis somit nicht. Obwohl es sich nur um eine Analogie handele, bestärkt das Ergebnis laut LeBlanc jedoch die Erwartung, dass man in Zukunft auch außerhalb des Labors magnetische Monopole findet.

Einen Hintergrundbericht zum Thema "Magnetische Monopole" finden Sie im Februarheft 2014 unserer Schwesterzeitschrift "Spektrum der Wissenschaft": "Nordpole ohne Südpole".