Τα πειράματα προωθούν μια περίεργη όψη μονοπόλων σε αποσύνθεση: μια πραγματικότητα όπου η σωματιδιακή φυσική είναι κυριολεκτικά ανατρεπόμενη.

Το πεδίο της κβαντικής φυσικής είναι γεμάτο με μονοπάτια που οδηγούν σε δελεαστικούς νέους τομείς μελέτης, αλλά μια τρύπα κουνελιού προσφέρει ένα μοναδικό πλεονέκτημα σε έναν κόσμο όπου τα σωματίδια συμπεριφέρονται διαφορετικά—μέσω του παροιμιώδους γυαλιού.

Με το όνομα «Δαχτυλίδι της Αλίκης» σύμφωνα με τις παγκοσμίου φήμης ιστορίες του Λιούις Κάρολ για τις Περιπέτειες της Αλίκης στη Χώρα των Θαυμάτων, η εμφάνιση αυτού του αντικειμένου επαληθεύει μια θεωρία δεκαετιών για το πώς αποσυντίθενται τα μονόπολα. Συγκεκριμένα, ότι διασπώνται σε μια δακτυλιοειδή δίνη, όπου οποιαδήποτε άλλα μονόπολα περνούν από το κέντρο της μετατρέπονται στα αντίθετα μαγνητικά τους φορτία.

Δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Επικοινωνίες για τη φύσηαυτά τα ευρήματα σηματοδοτούν την πιο πρόσφατη ανακάλυψη σε μια σειρά εργασιών που έχουν καλύψει τη συνεργατική σταδιοδρομία του καθηγητή του Πανεπιστημίου Aalto Mikko Möttönen και του καθηγητή του Amherst College David Hall.

Διαβάστε επίσης: Η Quaoar είχε ένα «αδύνατον» δαχτυλίδι και μετά οι αστρονόμοι βρήκαν δύο

Ένα κβαντικό άλμα στη συνεργασία

«Αυτή ήταν η πρώτη φορά που η συνεργασία μας κατάφερε να δημιουργήσει δαχτυλίδια Alice στη φύση, κάτι που ήταν ένα μνημειώδες επίτευγμα», είπε ο Möttönen.

«Αυτή η θεμελιώδης έρευνα ανοίγει νέες πόρτες στην κατανόηση του πώς αυτές οι δομές και τα ανάλογα τους στη σωματιδιακή φυσική λειτουργούν στο σύμπαν», πρόσθεσε ο Χολ.

Η μακροχρόνια σχέση, με τίτλο The Monopole Collaboration, απέδειξε αρχικά την ύπαρξη ενός κβαντικού αναλόγου του μαγνητικού μονοπόλου το 2014. απομονωμένα κβαντικά μονόπολα το 2015 και τελικά παρατήρησε τη μια διάσπαση στην άλλη το 2017.

Κατανόηση των μονοπόλων

Τα μονόπολα παραμένουν μια άπιαστη έννοια στην αρένα της κβαντικής φυσικής. Όπως υποδηλώνει το όνομα, τα μονόπολα είναι το μεμονωμένο αντίστοιχο των διπόλων, τα οποία φέρουν θετικό φορτίο στον βόρειο πόλο τους και αρνητικό φορτίο στο νότο. Αντίθετα, ένα μονόπολο φέρει μόνο θετικό ή αρνητικό φορτίο.

Αν και η ιδέα ακούγεται απλή, η πραγματοποίηση ενός αληθινού μονοπόλου έχει αποδειχθεί ότι είναι μια αποστολή που καθορίζει την καριέρα. Να πώς το έκανε η Monopole Collaboration: χειρίστηκαν ένα αέριο ατόμων ρουβιδίου που παρασκευάστηκε σε μη μαγνητική κατάσταση κοντά απόλυτο μηδενικό θερμοκρασία. Κάτω από αυτές τις ακραίες συνθήκες, μπόρεσαν στη συνέχεια να δημιουργήσουν ένα μονόπολο κατευθύνοντας ένα σημείο μηδέν ενός τρισδιάστατου μαγνητικού πεδίου στο κβαντικό αέριο.

The Emergence of Alice Rings

Αυτά τα κβαντικά μονόπολα είναι εφήμερα από τη φύση τους, που αποσυντίθενται λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου μετά τη δημιουργία τους. Μέσα σε αυτή την αστάθεια παίρνει μορφή το δαχτυλίδι της Αλίκης.

«Σκεφτείτε το μονόπολο σαν ένα αβγό που πέφτει στην κορυφή ενός λόφου», είπε ο Möttönen. «Οι παραμικρές διαταραχές μπορούν να το κάνουν να καταρρεύσει. Με τον ίδιο τρόπο, τα μονόπολα υπόκεινται σε θόρυβο που πυροδοτεί την αποσύνθεσή τους στους δακτυλίους Alice.”

Ενώ τα μονόπολα είναι βραχύβια, η ερευνητική ομάδα προσομοίωσε σταθερούς δακτυλίους Alice για 84 χιλιοστά του δευτερολέπτου—πάνω από 20 φορές μεγαλύτερη από τη διάρκεια ζωής του μονοπόλου. Αυτό οδηγεί τους ερευνητές να είναι αισιόδοξοι ότι μελλοντικά πειράματα θα αποκαλύψουν ακόμη πιο περίεργες ιδιότητες των δακτυλίων Alice.

«Από απόσταση, το δαχτυλίδι Alice μοιάζει απλώς με μονόπολο, αλλά ο κόσμος παίρνει διαφορετική μορφή όταν κοιτάζει μέσα από το κέντρο του δαχτυλιδιού», είπε ο Χολ.

«Από αυτή την οπτική γωνία όλα φαίνονται να αντικατοπτρίζονται, σαν ο δακτύλιος να ήταν μια πύλη σε έναν κόσμο αντιύλης αντί για ύλη», πρόσθεσε ο Möttönen.

Θεωρητικά, ένα μονόπολο που διέρχεται από το κέντρο ενός δακτυλίου της Αλίκης θα μετασχηματιζόταν σε ένα αντιμονόπολο αντίθετου φορτίου. Αντίστοιχα, θα άλλαζε και η φόρτιση του δακτυλίου Alice. Αν και αυτό το φαινόμενο δεν έχει ακόμη παρατηρηθεί πειραματικά, ο Möttönen είπε ότι η τοπολογική δομή των δακτυλίων της Αλίκης απαιτεί αυτή τη συμπεριφορά.

Συνεργατικές Ερευνητικές Προσπάθειες

Η πειραματική εργασία διεξήχθη στο Amherst College κυρίως από την υποψήφια διδάκτορα Alina Blinova και τον Hall, ενώ ο Möttönen και η ομάδα του ήταν υπεύθυνοι για την εκτέλεση προσομοιώσεων αντιστοίχισης. Με αυτόν τον τρόπο, οι δύο ομάδες μπόρεσαν να επιβεβαιώσουν την ερμηνεία των πειραματικών παρατηρήσεων.

«Είναι απλά εκπληκτικό να έχω μια τόσο σημαντική ανακάλυψη όπως το φινάλε της διδακτορικής μου εργασίας», είπε η Μπλίνοβα.

Παραπομπή: “Παρατήρηση ενός δακτυλίου Αλίκης σε συμπύκνωμα Bose–Einstein” των Alina Blinova, Roberto Zamora-Zamora, Tuomas Ollikainen, Markus Kivioja, Mikko Möttönen και David S. Hall, 29 Αυγούστου 2023, Επικοινωνίες για τη φύση.
DOI: 10.1038/s41467-023-40710-2

Οι προσομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν στο Πανεπιστήμιο του Aalto έγιναν δυνατές με την υποστήριξη του CSC – IT Center for Science και του Research Council της Φινλανδίας μέσω του Κέντρου Αριστείας στην Κβαντική Τεχνολογία και τα πειράματα στις ΗΠΑ με την οικονομική υποστήριξη του National Science Foundation.

Διαβάστε επίσης:

Περίπλοκες λεπτομέρειες στα απομεινάρια ενός αστεριού που πεθαίνει

Το Surprise Discovery της ALMA βοηθά στην αναζήτηση πρωτοπλανήτων

το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble τοποθετήθηκε σε τροχιά από το Space Shuttle Discovery