Kvantgas afslører de første tegn på monopol, der bøjer sig

Magneter, om det er i form af en bar, hestesko eller elektromagnet, har altid to poler. Hvis du bryder en magnet på midten, du ender med to nye magneter, hver med sit eget magnetiske nord og syd.

Men nogle fysikteorier forudsiger eksistensen af ​​enpolede magneter-en situation, der ligner elektriske ladninger, som kommer i enten positive eller negative bidder. En bestemt inkarnation-kaldet Yang-monopolen efter dens opdager-blev oprindeligt forudsagt i forbindelse med højenergifysik, men det er aldrig blevet observeret.

Nu, et team på JQI ledet af postdoktorforsker Seiji Sugawa og JQI -stipendiat Ian Spielman er lykkedes med at efterligne et Yang -monopol med en ultrakold gas af rubidiumatomer. Resultatet, som giver et andet eksempel på at bruge kolde kvantegasser til at simulere andre fysikområder, blev rapporteret i 29. juni -udgaven af Videnskab .

"Dette nye resultat forbinder ideer født i højenergifysik-Yang-monopolen-med begreber inden for kondenseret fysik-topologiske faseovergange-og realiserer dem i atomfysiklaboratoriet, "Siger Spielman.

For at opdage Yang -monopolerne i deres kvantegas, Spielman, Sugawa og kolleger manipulerede de interne kompassnåle, som alle atomer bærer - en kvanteegenskab kaldet spin - ved hjælp af radiobølger og mikrobølger til at rotere nålene på bestemte måder. Ved at cykle atomerne blandt fire forskellige spinorienteringer, forskere var i stand til at sende atomerne på en rejse gennem "spin space" og bringe dem tilbage til det sted, hvor de startede - meget gerne en rejsende på jordoverfladen, der tog en tur rundt om kloden (men i fire dimensioner i stedet for klodens to) .

Holdet målte orienteringen af ​​atomernes spins, efter at de havde afsluttet deres rejse, og sammenlignede resultatet med deres oprindelige orienteringer. De fandt ud af, at atomernes spins ikke vendte tilbage til, hvor de startede, en uoverensstemmelse, der kan opstå under en tur gennem buet rum. I dette tilfælde, nedbøjningens størrelse og retning matchede forudsigelser for krumningen skabt af en Yang -monopol.

For at teste, at nedbøjningerne faktisk skyldtes monopolen og ikke en anden kilde, forskere sendte atomerne på en anden rejse, en der forsøgte at undgå den rumbøjende singularitet skabt af monopolen. På denne nye vej, atomerne følte ikke længere et samlet træk fra krumningen, en stærk indikation på, at de havde forladt monopolets indflydelsesområde.

At tænde og slukke monopolets effekter afhænger kun af den store billedform af de stier, som atomerne tager, og ikke af små vrikker undervejs-en indikation på, at effekten er topologisk. Stierne omslutter enten en monopol, eller også gør de det ikke, og dette giver en topologisk funktion, der kan føre til nye typer kvanteladningspumper, Spielman siger.