MONOPOLOS

Monopolos  ¿A qué nos referimos con eso de un monopolo? 

La teoría electromagnética unifica electricidad y magnetismo. Las fórmulas que rigen el campo eléctrico también se utilizan de forma similar para el magnetismo. Se puede obtener con un set de fórmulas, intercambiando las cantidad eléctricas por las magnéticas, el otro set de fórmulas. Bueno, esto sería verdad salvo por el hecho de que tenemos cargas positivas y cargas negativas, pero los polos magnéticos siempre aparecen en pares norte-sur, no existen los polos individualmente, los monopolos.

Las partículas elementales tienen carga eléctrica (positiva o negativa) pero no tienen carga magnética. En realidad el magnetismo cotidiano no tiene nada que ver con estas unidades de carga magnética, los campos magnéticos son producidos por cargas en movimiento (Ley de Ampere) o como vimos, algunas partículas como el electrón poseen un momento magnético intrínseco, el espín. Pero el espín es un momento magnético es dipolar (con los dos polos).

Entonces, ¿por qué estamos interesados en los monopolos si no existen? En 1931 estudiando la cuantización del electromagnetismo, Paul Dirac descubrió algo que otorgo importancia a los monopolos. Vio que teoría cuántica simétrica para la electricidad y el magnetismo, esto es que el magnetismo también tuviera su ‘carga magnética’ o monopolo, tenía como resultado que la carga eléctrica estaba cuantizada. De forma natural aparecía que la carga solo podría aparecer en múltiplos de una carga fundamental, como sabemos que ocurre en la naturaleza. Estas partículas hipotéticas de masa desconocida actuarían como solo polo norte o sur. Demostró que con solo que existiera un monopolo en el universo sería suficiente para que la carga estuviera cuantizada.

Esto seguramente habría quedado como un dato curioso, una teoría más, que aunque bonita formalmente no tendría ningún sentido. Pero lo que sucede es que en la actualidad es un elemento necesario para mayoría de las extensiones del Modelo Estándar: teorías de gran unificación GUT, teorías de cuerdas o la misma Supersimetría. Pero pesar de predecir su existencia ninguna de estas teorías predice su masa. Esto hace que el rango de posibles valores de la masa del monopolo sea ENORME. Su masa podría ser desde unas 10 veces la masa del Bosón de Higgs hasta unos 1000 billones (1015) de veces mayor.

Los límites inferiores provienen de las medidas realizadas en los experimentos realizados hasta el momento. ¿Pero como se puede buscar estás partículas? Los experimentos del CERN están buscando este tipo de partículas, en particular el experimento MoEDAL busca partículas muy ionizantes producidas en las colisiones y que dejarían trazas en láminas de plástico localizadas cerca del detector LHCb. El experimento ATLAS por su lado busca colisiones que tengan unas características propias de un monopolo magnético. Pero estas búsquedas cubren muy poco del amplio espectro posible de masas de un hipotético monopolo magnético.

MONOPOLO VERTICAL

El monopolo vertical o antena vertical es una antena constituida de un solo brazo rectilíneo irradiante en posición vertical.

 ¿Por qué surgen los monopolos?

A 1 MHz de frecuencia central, la longitud de onda es de 300m, por lo que un dipolo en λ/2 deberá medir 150m. Esto es bastante complicado de conseguir. Y por si fuera poco, nos encontramos con otro problema, el suelo.

Para solucionar esto, es decir, utilizar antenas más pequeñas, se utilizan los monopolos.Siguiendo con el ejemplo anterior, si colocamos el dipolo de 150m en el suelo, este se comportará como una antena de 300m en el espacio libre.

  Plano de masa 

Se considera que el monopolo no es una antena completa, y que necesita ser completada por un plano de masa para poder funcionar correctamente. Realmente la antena funciona correctamente sin este plano de masa, pero la eficiencia es mucho menor.

Ese plano de masa puede ser natural (por ejemplo, una superficie de agua salada), o bien artificial (una serie de conductores que se unen en la base del monopolo). Lo que se hace normalmente es crear un plano metálico ficticio, enterrando conductores por debajo de la antena, lo que hace subir la conductividad, y con ello decrecen las pérdidas (aumenta la eficiencia).

Algunas personas aseguran poder hacer funcionar el monopolo supuestamente sin plano de masa. En realidad, en ausencia del plano de masa éste es reemplazado por todo objeto circundante, incluyendo la tierra. Eso hace que si los objetos circundantes son malos conductores, habrá grandes pérdidas y la antena no será eficiente.

  Comparación con el dipolo

Tenemos la misma configuración que con un dipolo largo, pero radiando sólo en la mitad del espacio, por lo que la potencia que radia el monopolo es la mitad que la radiada por el dipolo largo.

    Prad mono = Prad dipolo/2

Consecuentemente, la resistencia de radiación del monopolo es la mitad del dipolo largo.

    Rrad mono = Rrad dipolo / 2

Y la directividad será el doble.

    Dmono = 2 * Ddipolo

  Alimentación

El monopolo se alimenta en la base. La alimentación es asimétrica y habitualmente se alimenta con cable coaxial.

  Polarización

La antena vertical emite en polarización vertical, o sea, el campo eléctrico es perpendicular al plano del suelo.