Natuurkundigen krijgen eerste glimp van ‘Alice-ringen’: ScienceAlert

Ten slotte zijn er vreemde lussen waargenomen in het weefsel van de werkelijkheid die zich vormen in extreem koud gas, wat natuurkundigen de kans biedt om het gedrag van een vreemd soort eenzijdig magnetisme te bestuderen.

De cirkelvormige structuren staan ​​bekend als “Alice’s loops”, naar “Alice in Wonderland”, en zijn een samenwerking tussen onderzoekers in de VS en Finland, die al een lange lijst van ontdekkingen hebben met betrekking tot vervormingen in kwantumvelden die bekend staan ​​als topologische monopolen.

Het geïsoleerde equivalent van een pool op een magneet, monopolen zien er echt uit als iets dat Alice zou kunnen zien terwijl ze het Witte Konijn achtervolgt. Het in twee helften snijden van een magneet zal er niet in slagen het noorden van het zuiden te scheiden, maar het is theoretisch mogelijk dat in een kwantummachine monopolen ontstaan ​​die aanleiding geven tot verschillende krachten en deeltjes.

1 exemplaar Een monopool neemt de vorm aan van een elementair deeltje, een deeltje dat alle pogingen om het te definiëren heeft getrotseerd en tot nu toe puur hypothetisch is gebleven.

Monopolies kunnen echter ook elders ontstaan. Het schuimen van verschillende kwantumvelden kan aanleiding geven tot hun eigen stijl van eenzijdig magnetisme, terwijl ze aan hun omgeving draaien, trekken en trekken om kortstondige anomalieën te genereren die een fractie van een moment opduiken voordat ze weer in de greep verdwijnen.

Als lid van de Monopole Collaboration aan de Aalto Universiteit in Finland is natuurkundige Mikko Mutonen zeer bekend met het hele scala aan wervels, snaren en verstrengelingen die in het kwantumweefsel kunnen voorkomen.

En in 2015, slechts een jaar later Bewijs het bestaan ​​van een topologisch monopolieMoutonen en collega’s Hij slaagde er triomfantelijk in In één observatie voor het eerst geïsoleerd in een extreem koude toestand van rubidiumatomen, genaamd Bose-Einstein-condensaten (BEC).

“Wij zijn de enigen die topologische monaden in kwantumdomeinen hebben kunnen creëren”, legt Motonen uit aan ScienceAlert.

“Nadat ze waren gemaakt, hebben we ook de tijd genomen om de kwantumknooppunten te bestuderen skyrmions Voordat we nader bekijken wat er gebeurt met een monopolie van een topologische pool onmiddellijk nadat deze is gecreëerd.”

Nog geen twee jaar na hun eerste observaties deed het samenwerkingsverband een verrassende ontdekking: monopolen kan ontleden naar andere soorten.

In dit laatste onderzoek zagen de onderzoekers opnieuw hoe de topologische monopolen oplosten in iets anders, maar deze keer was het eindresultaat als een mini-ingang naar Wonderland genaamde structuren. Alice kettingen.

De snaren van Alice zijn nauw verbonden met monopolen, omdat ze in eenzijdige magnetische polen krullen als ze de lussen naderen. Deze Alice-kettingen staan ​​bekend als Alice-ringen.

Hoewel typische monopolen een paar milliseconden kunnen duren, duren de loops van Alice echter meer dan 80 milliseconden – ongeveer twintig keer langer.

“Van een afstand lijkt de ring van Alice op een monopool, maar de wereld krijgt een andere vorm als je door het midden van de ring kijkt”, zegt David Hall, een natuurkundige van het Amherst College in de VS.

Net als het glas van Alice kan het passeren van de vreemde magnetische ring in het kwantumveld van een BEC alles op zijn kop zetten. Andere monopolies die er toevallig doorheen vallen, worden weerspiegeld in hun spiegelbeeld, waardoor de ring in zijn tegendeel draait terwijl deze erdoorheen glijdt.

Hoewel het team deze inversie nog experimenteel moet observeren, is het zien van ringvorming tijdens het verval van een topologisch monopolie een opwindende stap vooruit.

Op praktisch niveau kunnen we alleen maar speculeren over hoe deze bevindingen van toepassing zullen zijn. Maar hoe meer we leren over de onstabiele aard van kwantumvelden, hoe beter we hun wateren in kaart kunnen brengen en de diepere realiteiten van de werkelijkheid kunnen begrijpen.

“In de eerste plaats is de creatie van Alice-ringen van fundamenteel belang”, vertelt Motonen aan ScienceAlert.

“Het werpt licht en inspiratie op de zoektocht naar de diepste componenten van het universum, materie en informatie.”

Dit onderzoek is gepubliceerd in Natuurcommunicatie.