El gas quàntic revela els primers signes de doblegament dels monopols

Els imants, ja siguin en forma de barra, ferradura o electromagnetics, sempre tenen dos pols. Si es trenca un imant per la meitat, es tornen a obtenir dos imants nous, cadascun amb el seu propi nord i sud magnètics.

Però algunes teories de la física preveuen l'existència d'imants polars monoparentals, una situació semblant a les càrregues elèctriques, que es presenten en trossos positius o negatius. Una situació particular, anomenada monopolar de Yang després de que el seu descobridor, la va predir inicialment en el context de la física d'alta energia, però mai havia estat observada.
Un equip del Joint Quantum Institute (JQI) de la Universitat de Maryland, als EUA, liderat per l'investigador postdoctoral Seiji Sugawa i el membre de la JQI, Ian Spielman, ha aconseguit emular un monopol de Yang amb un gas ultra-fred d'àtoms de rubidium. El resultat, proporciona un altre exemple d'utilització de gasos quàntics freds per simular altres àrees de la física. Aquest nou resultat uneix les idees que neixen a la física d'altes energies, el monopol de Yang, amb conceptes en física de la matèria condensada, transicions de fase topològica, i els realitza al laboratori de física atòmica.

Per detectar els monopols de Yang en el seu gas quàntic, Spielman, Sugawa i companys de treball manipulaven les agulles internes de la brúixola que contenen tots els àtoms: una propietat quàntica anomenada ones de ràdio i microones per fer girar les agulles de maneres específiques. Mitjançant el ciclisme dels àtoms entre quatre orientacions diferents d'spin, els investigadors van poder enviar els àtoms en un viatge a través del "spin space" i tornar-los on van començar, molt semblant a un viatger a la superfície terrestre fent un recorregut pel món (però en quatre dimensions en lloc dels dos del món). L'equip va mesurar l'orientació dels girs dels àtoms després d'haver completat el seu viatge i comparar el resultat amb les seves orientacions inicials. Van descobrir que els girs dels àtoms no tornaven a on van començar, una discrepància que pot sorgir durant un viatge a través d'un espai corb. En aquest cas, la mida i la direcció de la deflexió coincidien amb les prediccions de la curvatura creades per un monopol de Yang.

Per provar que les deflexions eren precisament degudes al monopol i no a una altra font, els investigadors van enviar els àtoms en un viatge diferent, que intentava evitar la singularitat de flexió espacial creada pel monopol. En aquest nou camí, els àtoms ja no sentien una tracció general de la curvatura, el que vol dir que és una forta indicació que havien sortit de l'àmbit d'influència del monopol.
Activar i desactivar els efectes del monopol només depèn de la forma de les imatges dels camins que prenen els àtoms i no en cap petita lluentor al llarg del camí, una indicació que l'efecte és topològic. Els camins o bé inclouen un monopol o no ho fan, i això proporciona una característica topològica que podria generar nous tipus de bombes de càrrega quàntica.


Font: Joint Quantum Institute