La fisica quantistica è piena di percorsi che conducono a nuove affascinanti aree di studio, ma la tana del coniglio offre una prospettiva unica su un mondo in cui le particelle si comportano diversamente, attraverso il proverbiale specchio.

Soprannominato “Anello di Alice” in onore della famosa storia di Lewis Carroll “Alice nel Paese delle Meraviglie”, l’aspetto dell’oggetto conferma una teoria vecchia di decenni su come si dissolvono i monopoli. Nello specifico, decade in un vortice a forma di anello, dove qualsiasi altro monopolio che passa attraverso il suo centro viene invertito nelle corrispondenti cariche magnetiche.

In questo articolo esploreremo gli ultimi risultati pubblicati in Comunicazioni sulla natura A cura dei Professori Mikko Muttonen de l’Università Aalto e David Hall dell’Amherst College.

Porre le basi teoriche

“Questa è stata la prima volta che la nostra collaborazione è riuscita a creare gli anelli Alice in natura, il che è stato un risultato straordinario“, ha dichiarato Mottonen. “Questa ricerca fondamentale apre nuove porte alla comprensione di come queste strutture e le loro controparti nella fisica delle particelle funzionano nell’universoha aggiunto David Hall.

La relazione di lunga data, intitolata Cooperazione monopolare, ha dimostrato per la prima volta l’esistenza di una controparte quantistica dei monopoli magnetici nel 2014, ha isolato i monopoli quantistici nel 2015 e infine ha osservato il decadimento di uno nell’altro nel 2017.

I monopoli rimangono un concetto sfuggente nel campo della fisica quantistica. Come suggerisce il nome, i monopoli sono l’unica controparte dei dipoli, che portano una carica positiva al polo nord e una carica negativa al polo sud. Al contrario, un elettrodo monopolare trasporta solo una carica positiva o negativa.

Raggiungere il vero monopolio

Anche se il concetto sembra semplice, raggiungere un vero monopolio si è rivelato un compito determinante per la carriera. Ecco come è riuscita la collaborazione Monopole: hanno manipolato il gas rubidio preparato in uno stato non magnetico vicino allo zero assoluto. In queste condizioni estreme, sono stati poi in grado di creare un monopolo dirigendo il punto zero del campo magnetico 3D nel gas quantistico.

Evidenzia l’anello di Alice

Questi poli quantistici sono di natura effimera e si disintegrano entro pochi millisecondi dalla loro creazione. In questa instabilità si forma un anello di Alice.

“Pensa a un polo del monopolio come a un uovo in equilibrio sulla cima di una collina“Il minimo disturbo potrebbe causarne lo schianto”, ha detto Motonen. Allo stesso modo, i monopoli sono esposti al rumore che li fa decadere negli anelli di Alice.

Sebbene i monopoli siano effimeri, il gruppo di ricerca ha simulato gli anelli stabili di Alice per 84 millisecondi, ovvero più di 20 volte di più della durata di vita di un monopolio. Ciò porta i ricercatori ad essere ottimisti sul fatto che futuri esperimenti riveleranno proprietà più distintive degli anelli di Alice.

“Da lontano, l’anello di Alice sembra un monopolo, ma il mondo assume una forma diversa se visto attraverso il centro dell’anelloHa spiegato Hall.

“Da questa prospettiva tutto sembra ribaltato, come se l’anello fosse un portale verso un mondo fatto di antimateria invece che di materia.“, su ajout Möttönen.

In teoria, un monopolio che passa attraverso il centro dell’anello di Alice si trasformerebbe in un antimonopolio con carica opposta. Di conseguenza cambierà anche la carica dell’anello di Alice. Sebbene questo fenomeno non sia stato ancora osservato sperimentalmente, Mottonen ha affermato che la struttura topologica degli anelli ALICE richiede questo comportamento.

Il lavoro sperimentale all’Amherst College è stato condotto principalmente dai dottorandi Alina Blinova e Hall, mentre Mottonen e il suo team erano responsabili delle simulazioni conformi. In questo modo entrambi i gruppi hanno potuto confermare l’interpretazione delle osservazioni sperimentali.

“È semplicemente incredibile avere una scoperta così importante come culmine del mio lavoro di dottorato“, Conclusione di Alina Blinova.

sintetico

La scoperta dell’anello di Alice attraverso la collaborazione Monopole rappresenta un importante passo avanti nella comprensione dei monopoli magnetici e del loro decadimento nella fisica quantistica. Questo anello di vortice conferma decenni di teoria sul comportamento dei monopoli. Sebbene fugaci, queste strutture offrono uno sguardo affascinante su un universo specchio di antimateria. Gli esperimenti futuri riveleranno sicuramente altre proprietà sorprendenti di questi anelli quantistici.

Per una migliore comprensione

Cos’è il monopolio dei poli magnetici?

Un monopolo magnetico è una particella che trasporta una singola carica magnetica, positiva o negativa, a differenza dei dipoli magnetici che hanno poli caricati in modo opposto.

I monopoli magnetici decadono instabilmente in anelli di vortice chiamati “anelli di Alice”. Questa dissociazione avviene in pochi millisecondi.

Cos’è l’anello di Alice?

Un anello di Alice è la struttura a vortice che si forma quando un monopolo magnetico si disintegra. Ha proprietà speculari rispetto alla materia ordinaria.

La collaborazione Monopol ha portato alla creazione di monopoli magnetici quantistici nel gas ultrafreddo di rubidio, e quindi al monitoraggio del loro decadimento negli anelli Alice.

Qual è l’importanza di questa scoperta?

Questa scoperta apre nuovi orizzonti per comprendere il comportamento dei monopoli e di strutture simili nella fisica quantistica.

Le simulazioni condotte presso l’Università di Aalto sono state rese possibili grazie al supporto del CSC – IT Center for Science, del Consiglio di ricerca finlandese attraverso il Centro di eccellenza nella tecnologia quantistica e degli esperimenti statunitensi con il sostegno finanziario della National Science Foundation.

[ Rédaction ]