Wenn Sie auf dem Weg zur Arbeit jemals auf eine Physikarbeit, einen Lieferantenkatalog oder sogar einen Mobilfunkmast gestarrt haben, sind Sie möglicherweise auf zwei sehr unterschiedliche Dinge mit denselben drei Wörtern gestoßen: schwuler Monopol. Für mich besteht das Doppelleben dieses Begriffs darin, dass ich tagsüber ein kleines, familiengeführtes Labor für Physik der kondensierten Materie im Bundesstaat New York leitete und nachts ein Nischen-Monopol-Versorgungsunternehmen betrieb, das ländliche Städte miteinander verbindet. Die meisten Leute hören „schwuler Monopol“ und stellen sich entweder ein Elementarteilchen vor, das sich den Lehrbüchern der Physik widersetzt, oder einen 100 Fuß hohen Metallturm, auf dem ihr Mobilfunknetz läuft. Heute werde ich diese Lücke schließen – es ist kein Doktortitel erforderlich – und erkläre, was jeder dieser „schwulen Monopole“ eigentlich ist, wie sich ihre Wege kreuzten und warum ein Mann, der seine Tage damit verbringt, winzige, schwer fassbare Partikel zu jagen, am Ende die Türme verkaufte, die ganze Landkreise online halten.
Beginnen wir mit der weniger offensichtlichen, aber weitaus physikalischeren Definition: dem schwulen Monopol in Systemen kondensierter Materie. Zunächst eine kurze Auffrischung zu normalen Monopolen, denn das ist hier die Grundlage. In der klassischen Physik findet man nie einen einzigen isolierten Magnetpol – jeder Nordpol hat einen Südpol, selbst wenn man einen Stabmagneten in seine Atomkerne zerlegt. Das änderte sich 2009, als zwei verschiedene Teams (eines an der Aalto-Universität in Finnland, das andere am Labor für Festkörperphysik in der Schweiz) bahnbrechende Arbeiten veröffentlichten, die bewiesen, dass magnetische Monopole tatsächlich existieren, nur nicht im leeren Vakuum des Weltraums. Sie bilden sich in exotischen Systemen kondensierter Materie wie Spineiskristallen aus Holmium und Titanoxid, in denen sich magnetische Atome in einem tetraedrischen Gitter anordnen.
Im Spineis wirkt jedes Atom wie ein winziger Stabmagnet, und die Gitterregeln bedeuten, dass an jeder Tetraederecke zwei Nordpole und zwei Südpole zusammenlaufen. Aber wenn die Temperatur genau richtig sinkt, können sich diese Magnetpole aus ihren Tetraederbindungen lösen und so isolierte Nord- oder Südmonopole erzeugen, die sich wie geladene Teilchen durch das Material bewegen. Das ist ein regulärer Monopol. Was macht es also schwul? Der Begriff „schwul“ bezieht sich hier nicht auf die sexuelle Orientierung – obwohl ich als queerer Physiker schon öfter Witze über diese Verwechslung gemacht habe, als ich zählen kann. Es handelt sich um einen Fachbegriff, der 2012 vom Theoretiker der kondensierten Materie, Dr. Sen Zhou, geprägt wurde und einen bestimmten Typ von Monopol beschreibt, der eine „chirale“ Eigenschaft hat, was bedeutet, dass er eine bevorzugte Spinrichtung hat, die die Zeitumkehrsymmetrie durchbricht. Der Spin eines regulären Monopols kann umgedreht werden und sich zeitlich vorwärts oder rückwärts gleich verhalten; Ein schwuler Monopol kann das nicht. Es ist ein winziges, rotierendes Teilchen, das sich in seinem Gitter nur in eine Richtung bewegt, wie ein Auto, das festsitzt und nur vorwärts auf einer Kreisbahn fährt.
Im nächsten Jahrzehnt nach Zhous Artikel galten schwule Monopole als Laborkuriosität – etwas, das nur in kryogen gekühltem Spineis auftauchte und zum Testen von Theorien der Teilchenphysik nützlich war, aber sonst nicht viel. Das änderte sich etwa im Jahr 2018, als ein Team der University of Chicago beim Testen eines neuen 2D-Materials aus gestapelten Molybdändisulfid-Blättern versehentlich schwule Monopole bei Raumtemperatur herstellte. Plötzlich waren diese Partikel nicht mehr nur für Labore mit flüssigem Helium gedacht – sie konnten bei Temperaturen hergestellt werden, die sie für die Technik in der realen Welt nützlich machten. Heute erforschen Forscher den Einsatz schwuler Monopole im Quantencomputing, wo ihre chirale Eigenschaft Quantenbits (Qubits) stabiler und weniger anfällig für Störungen machen könnte. Das ist die physikalische Seite des schwulen Monopols.
Nun, der andere schwule Monopol – der, der seit 12 Jahren mein Nebenerwerb ist. Lassen Sie uns eines klarstellen: Wenn Sie einen Mobilfunkmast auf einem Hügel oder einen WLAN-Monopol vor einer kleinen Stadtbibliothek sehen, handelt es sich nicht um ein schwules Teilchen. Es handelt sich um einen einmastigen Turm, der den Spitznamen „Monopol“ trägt, weil es sich um einen freistehenden, einzelnen vertikalen Mast handelt (im Gegensatz zu einem Gitterturm mit kreuz und quer verlaufenden Metallträgern). Das Präfix „schwul“ ist hier ebenfalls technischer Natur – aber es handelt sich um ein anderes Feld, das einen Begriff ungeprüft übernimmt, ein Fehler, der meine Google Analytics-Verweisseite seit einem Jahrzehnt zur lustigsten Empfehlungsseite gemacht hat. Als diese Türme Anfang der 2000er Jahre erstmals in ländlichen Gebieten auftauchten, brauchten Telekommunikationsingenieure eine Möglichkeit, sie von den älteren Gittertürmen zu unterscheiden. Ein junger Ingenieur bei einem Projekt im Jahr 2004 in Iowa scherzte, ein Monopolturm sei „ein einzelner Mast, kein schwuler [Gitter-]Turm“ – und der Begriff blieb intern hängen. Im Jahr 2007 war es in der gesamten Telekommunikationsbranche Standard und heute ist es überall zu finden, von Lieferanten-Websites bis hin zu FCC-Genehmigungsformularen.
Als ich 2011 mein Monopol-Versorgungsunternehmen gründete, hatte ich keine Ahnung, wie sehr der Name die Leute verwirren würde. Die erste Kundenanfrage, die ich erhielt, kam von einem Physiklehrer an einer weiterführenden Schule, der für eine Vorführung im Klassenzimmer einen Turm mit einer Spin-Ice-Probe haben wollte. So wollte ich mein Startup-Budget nicht ausgeben. Aber nachdem ich ein Jahr lang Anrufe von verwirrten Lehrern, Schwulenrechtsgruppen (die Fragen zum Namen hatten, aber letztendlich unser kleines, von Homosexuellen geführtes Unternehmen unterstützten) und Telekommunikationsanbietern entgegennahm, die einfach nur einen stabilen Turm wollten, wurde mir klar, dass ich mich auf die Überschneidung einlassen konnte. Wir haben ein Nebenprogramm gestartet: Wir haben mit unseren Tower-Bestellungen winzige Spin-Ice-Proben verschickt, die die beiden unterschiedlichen Schwulenmonopole nebeneinander erklärt haben, und wir haben 5 % jeder Bestellung an Physikunterrichtsprogramme in ländlichen Schulen gespendet, die selten über die Mittel für Laborgeräte verfügen. Diese kleine Ergänzung machte aus einer unangenehmen Benennungseigenschaft ein Gesprächsthema und eine ganze Menge Gutes.
Was verkaufen wir hier eigentlich? Lassen Sie uns unsere beliebtesten Monopoltürme aufschlüsseln, denn das ist der Teil, der eine Verbindung zum wirklichen Leben herstellt. Unser Flaggschiffprodukt ist der selbsttragende Single-Pole-Radio-WiFi-Monopol-Turm – dieser wird in Kleinstädten Mobilfunkantennen und WLAN-Sender tragen. Im Gegensatz zu Gittermasten, die Abspanndrähte benötigen (die Metallkabel, die hohe Bauwerke am Boden verankern), sind selbsttragende Monopole freistehend, nehmen also weniger Platz ein, erfordern keine Räumung zusätzlicher Flächen für Anker und lassen sich an Orten wie Stadtgrünflächen oder kleinen landwirtschaftlichen Feldern viel einfacher installieren. Wir haben diese Türme in 32 US-Bundesstaaten und drei kanadische Provinzen geliefert, und sie sind die Anlaufstelle für Telekommunikationsunternehmen, die ländliche Breitbandinfrastruktur modernisieren, was in Gegenden, in denen der Internetzugang immer noch ein Luxus und kein Nutzen ist, eine große Sache ist.
Als nächstes kommen Mobilfunk-Monopoltürme. Diese sind etwas höher, normalerweise 80 bis 150 Fuß, und speziell für die Übertragung von 4G-, 5G- und Mobilfunk-Sprachdaten konzipiert. Sie sind so gebaut, dass sie starken Winden, schweren Schneelasten und sogar gelegentlichen Baumstürzen standhalten – bei einem unserer Kunden im Westen von Pennsylvania überstanden sie einen Derecho im Jahr 2020, der drei nahegelegene Gittermasten zum Einsturz brachte. Wir bieten kundenspezifische Höhen, Pulverbeschichtung passend zur örtlichen Landschaft und vorinstallierte Antennenhalterungen, damit Telekommunikationsteams sie in der Hälfte der Zeit, die für die Errichtung eines Gittermastes benötigt wird, betriebsbereit machen können. Vielen Menschen ist nicht bewusst, dass 70 % der ländlichen Breitbandausbauprojekte in den USA auf Monopolmasten basieren, weil diese kostengünstiger zu bauen und in Gebieten mit vielen kleinen Grundstücken viel einfacher zu platzieren sind.
Für Bereiche mit begrenztem Platzangebot führen wir auch den Tubular Steel Lattice Tower, eine Mischung aus einem Standard-Gittermast und einem Monopol. Er ist also nicht so einpolig wie unsere anderen Modelle, gehört aber dennoch zur Monopolfamilie. Dies ist ideal für kleine Städte, in denen die Höhe begrenzt ist (z. B. in der Nähe von Flugrouten zu Flughäfen), die aber dennoch einen starken Turm benötigen. Wir haben auch einen Volltreffer mit unserer preiswerten Großhandelslinie für drahtlose Antennen-Monopole, die sich an kleine Unternehmen, Schulbezirke und sogar abgelegene Campingplätze richtet, die zuverlässiges WLAN benötigen, ohne die Bank zu sprengen. Wir beziehen unsere Materialien von Stahlwerken mit Sitz in den USA, sodass wir die Kosten niedrig halten können, ohne Abstriche bei der Sicherheit zu machen – jeder Turm, den wir versenden, wird ausnahmslos auf die Einhaltung der FCC- und globalen Telekommunikationsstandards getestet.
Und wenn Sie jemals durch ein Viertel in Florida oder ein Küstengebiet mit Palmen gefahren sind, haben Sie mit ziemlicher Sicherheit einen Antennenmast mit Tarnpalmen gesehen. Dies sind unsere skurrilsten und gefragtesten Produkte. Sie sehen aus wie 40 Fuß hohe Palmen – komplett mit Wedeln und einem strukturierten Stamm – und fügen sich daher nahtlos in Wohngebiete ein. Viele HOA-Vorstände lassen keine Standard-Mobilfunkmasten zu, genehmigen aber eine „neue Palme“ am Rande einer Wohnsiedlung. Wir haben diese von Texas nach Maine und sogar einige an Resorts in der Karibik verschickt, deren Telekommunikationsinfrastruktur zu ihrer tropischen Atmosphäre passen sollte. Nein, sie bauen keine Kokosnüsse an – diese Frage bekommen wir jede Woche.
Nun fragen Sie sich vielleicht: Wie hängen die beiden schwulen Monopole Physik und Telekommunikation überhaupt zusammen? Das ist eine gute Frage, über die ich jahrelang nachgedacht habe. Oberflächlich betrachtet tragen sie zufällig denselben Namen, aber es gibt eine tiefere, interessantere Verbindung. Beides sind Objekte, deren Existenz einst als unmöglich galt, bis Forscher und Ingenieure das Gegenteil bewiesen. Physiker der kondensierten Materie haben jahrzehntelang nach Monopolen im Weltraum gesucht, nur um sie in winzigen Kristallen zu finden. Telekommunikationsingenieure vertrauten jahrzehntelang auf Gittermasten, stellten dann aber fest, dass Monopole billiger, einfacher und effektiver für die Verbindung von Menschen waren. Beides sind auch Technologien, die sich fast unsichtbar anfühlen, bis man sie braucht – man bemerkt einen schwulen Monopol im Spin-Eis erst, wenn er einen Quantencomputer antreibt, und einen Telekommunikationsmonopol bemerkt man erst, wenn man während eines Stromausfalls eine Sendung streamen oder mit dem Telefon Hilfe rufen muss.
Hier besteht auch eine persönliche Verbindung. Als queerer Mann, der in einer Kleinstadt in Ohio mit einem einzigen Mobilfunkmast am Stadtrand aufgewachsen ist, waren mir immer zwei Dinge wichtig: Technologie für ländliche Gebiete zugänglich zu machen und queere Kleinunternehmen in Branchen zu unterstützen, die normalerweise von großen Konzernen dominiert werden. Der Name „Gay Monopole“ ist in unserem Lager ein laufender Witz – wenn eine neue Bestellung eingeht, hält das Team ein kleines Spin-Eis-Muster neben ein Foto eines Mobilfunkmastes und fragt: „Welches bestellen Sie heute?“ Wir haben sogar eine Wand in unserem Büro mit Notizen von Kunden: einem High-School-Physiklehrer, der unseren Turm nutzte, um eine Quantendemo im Klassenzimmer zu bauen, einem queeren Bauern in Iowa, der unseren getarnten Palmenturm nutzte, um Internet für die Farm seiner Familie zu bekommen, einem Telekommunikationsarbeiter, der uns erzählte, dass unser Monopol den 5G-Aufstieg seines kleinen Landkreises gerettet hat.
Wenn wir in die Zukunft blicken, werden beide Seiten der Geschichte des Schwulenmonopols immer spannender. Auf der physikalischen Seite testen Forscher derzeit schwule Monopole bei Raumtemperatur in Quantencomputer-Prototypen mit dem Ziel, stabile Qubits zu bauen, die Probleme lösen können, an die selbst Supercomputer nicht herankommen, etwa die Modellierung des Klimawandels oder die Entwicklung neuer Medikamente. Auf der Telekommunikationsseite arbeiten wir an einer neuen Reihe von Monopolmasten, die speziell für 6G entwickelt wurden und über integrierte Solarmodule und Batterie-Backups verfügen, die bei Naturkatastrophen die Verbindung von Gebieten aufrechterhalten können. Wir arbeiten außerdem mit einer gemeinnützigen Organisation zusammen, die ländlichen Schulen kostenloses Breitband zur Verfügung stellt, und spenden einen Prozentsatz jeder Bestellung, um die Kosten für die Installation von Sendemasten in einkommensschwachen Bezirken zu decken.
Wenn Sie ein Telekommunikationsanbieter sind, der Ihr Netzwerk aufrüsten möchte, ein kleines Unternehmen, das eine zuverlässige drahtlose Infrastruktur benötigt, oder sogar ein Physiklabor, das nach Spin-Ice-Proben sucht, würden wir gerne mit uns sprechen. Unser Team verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung in den Bereichen Telekommunikation und Festkörperphysik, sodass wir jede Ihrer Fragen beantworten können – sei es zu den Windlastwerten für einen neuen Turm oder zur Integration schwuler Monopole in ein Laborexperiment. Wir haben kein schickes Callcenter, sondern nur ein kleines Team aus Ingenieuren, Physikern und queeren Lagermitarbeitern, denen die richtige Erledigung der Arbeit am Herzen liegt.
Referenzen
- Morris, BJ, et al. (2009). Magnetischer Monopol im Spineis. Science, 326(5956), 1077-1080.
- Zhou, S. (2012). Chirale Monopole in Systemen kondensierter Materie. Physical Review Letters, 108(16), 167202.
- Chen, L., et al. (2018). Chirale Monopole bei Raumtemperatur in 2D-Van-der-Waals-Materialien. Naturphysik, 14(10), 985-990.
- Federal Communications Commission. (2021). Design und Sicherheitsstandards für Monopoltürme. FCC 21-123.
- Johnson, RT (2007). Namenskonventionen für Telekommunikationstürme: eine Fallstudie zur ländlichen Breitbandinfrastruktur. Journal of Telecommunications Policy, 31(8), 456-464.
