El campo de la física cuántica está lleno de caminos que conducen a nuevos campos de estudio, pero una madriguera de conejo ofrece una visión única de un mundo en el que las partículas se comportan de manera diferente: a través del proverbial espejo.
Llamado «Anillo de Alicia» en honor a las mundialmente famosas historias de Lewis Carroll sobre las aventuras de Alicia en el País de las Maravillas, la apariencia del objeto subraya una teoría de décadas de antigüedad sobre cómo se desvanecieron los monopolios polares. Específicamente, se desintegra en un vórtice en forma de anillo, en el que cualquier otro monopolo que pase por su centro gira hacia sus cargas magnéticas opuestas.
Publicado en Comunicaciones de la naturaleza El 29 de agostoLos hallazgos representan el último descubrimiento de una serie de trabajos que abarcaron las carreras colaborativas del profesor de la Universidad Aalto, Mikko Motonen, y el profesor del Amherst College, David Hall.
«Esta fue la primera vez que nuestra colaboración pudo crear anillos de Alicia en la naturaleza, lo cual fue un gran logro», dijo Motonen.
«Esta investigación fundamental abre nuevas puertas para comprender cómo operan estas estructuras y sus contrapartes en la física de partículas del universo», añadió Hall.
La relación de larga data, denominada colaboración de monopolio polar, demostró por primera vez una contraparte cuántica de los monopolos magnéticos en 2014. Monopolos cuánticos aislados En 2015, por fin Notas la descomposición de uno en el otro. en 2017.
Los monopolos siguen siendo un concepto difícil de alcanzar en el campo de la física cuántica. Como sugiere el nombre, los monopolos son la única contraparte de los dipolos, que llevan una carga positiva en el polo norte y una carga negativa en el sur. Por el contrario, un monopolo sólo lleva una carga positiva o negativa.
Aunque el concepto parece simple, lograr un verdadero monopolio ha demostrado ser una tarea que define una carrera. Así es como lo hizo la Colaboración Monopole: manipularon un gas de átomos de rubidio preparado en un estado no magnético cerca de la temperatura del cero absoluto. En estas condiciones extremas, pudieron crear un monopolo dirigiendo el punto cero de un campo magnético tridimensional hacia un gas cuántico.
Sentando las bases teóricas
Estos polos cuánticos son inherentemente efímeros y se desintegran unos pocos milisegundos después de su creación. A la luz de esta inestabilidad, se forma el anillo de Alice.
«Piense en el monopolio de los polos como un huevo que se balancea en la cima de una colina», dijo Motonen. «Las más mínimas perturbaciones pueden hacer que colapsen. De la misma manera, los monopolos están expuestos al ruido que los hace descomponerse en anillos de Alice.
Si bien los monopolos tienen una vida corta, el grupo de investigación simuló bucles Alice estables durante hasta 84 milisegundos, más de 20 veces más que la vida útil de los monopolos. Esto lleva a los investigadores a ser optimistas en cuanto a que futuros experimentos revelarán propiedades más exóticas de los anillos de Alice.
«Desde la distancia, el anillo de Alice parece ser unipolar, pero el mundo adquiere una forma diferente cuando se mira a través del centro del anillo», dijo Hall.
«Desde esta perspectiva, todo parece estar al revés, como si el anillo fuera una puerta de entrada a un mundo de antimateria en lugar de materia», añadió Motonen.
Teóricamente, un monopolo que pasa por el centro del anillo de Alice se convertirá en un antipolar con carga opuesta. En consecuencia, la carga del anillo de Alice también cambiará. Si bien este fenómeno aún no se ha observado experimentalmente, Motonen dijo que la estructura topológica de los bucles Alice requiere este comportamiento.
El trabajo experimental en Amherst College fue realizado principalmente por la estudiante de doctorado Alina Blinova y Hall, mientras que Mutonen y su equipo fueron responsables de ejecutar las simulaciones coincidentes. De esta forma, los dos equipos pudieron confirmar la interpretación de las observaciones experimentales.
«Es sencillamente sorprendente que un descubrimiento tan grande como éste sirva como conclusión de mi trabajo doctoral», afirmó Blinova.
Las simulaciones realizadas en la Universidad Aalto fueron posibles gracias al apoyo del CSC (Centro de Tecnología de la Información para la Ciencia) y el Consejo de Investigación de Finlandia a través del Centro de Excelencia en Tecnología Cuántica, y experimentos en los EE. UU. gracias al apoyo financiero de la Fundación Nacional de Ciencias.
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