冷量子气体环境中的磁单极子。免费技术图书馆新闻

冷量子气体介质中的磁单极子

23.07.2018

众所周知，球形、矩形或马蹄形的磁铁总是有两个磁极。如果你把磁铁分成两部分，你会得到两个有两个磁极的新磁铁。然而，根据一些物理理论，世界上可以存在单极磁性结构，类似于电荷，它们要么是正的，要么是负的。从高能物理学的角度来看，其中一种磁性结构，杨氏单极子，可能存在，但即使在实验室条件下，科学家们还没有机会“看到”这种单极子的存在。

联合量子研究所 (JQI) 的一组物理学家首次成功地基于来自过冷铷原子的量子气体创建了杨单极子的类似物。而这一成就可以在未来用于更深入地了解物理学的已知领域和人类科学尚未涵盖的新领域。

为了探测量子气体中存在的杨单极子，科学家们利用无线电波和微波，以一种特殊的方式排列了量子气体原子的所有自旋。研究人员周期性地重复四种不同原子旋转方向的组合，使这些原子在时空中移动，而每个原子在一段时间后又回到起点。

随着每个原子完成其完整的循环，科学家们测量了它的自旋并将其与原始自旋进行比较。结果发现，原子的自旋与原来的不对应，根据假设，由于原子在弯曲的时空连续体中移动，因此可能会出现微小的差异。在计算出连续体曲率的参数后，科学家们确定，从理论的角度来看，它们与年轻单极子产生的曲率完全一致。

为了测试连续体的曲率确实是由杨单极子的存在引起的，研究人员让原子以不同的方式运动，即使是那些应该绕着该区域移动的原子也会产生曲率和畸变. 沿着这条路径运动的原子，回到起点，与一开始的自旋相同，这表明它们设法避开了单极子的影响。

使用上述方法并以不同方式引导原子，研究人员确定杨单极子是一种拓扑现象，即它具有一定的大小和形状。在他们的进一步研究中，科学家们将发现如何使杨的单极子在各种量子技术中为人类造福。

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