奇异量子“爱丽丝环”首次造出

信息来源:科技日报更新时间:2023-08-31

芬兰科学家通过操纵数十万个极冷原子,首次制造出了名为“爱丽丝环”的奇特量子物体。这是一个环状拓扑缺陷物体,它可改变穿过或透视它的量子物体的性质。这一突破为探索宇宙学或高能物理学领域的一些理论提供了新机会。相关论文发表于29日出版的《自然·通讯》杂志。

从理论上讲,包括极冷原子的集合,甚至整个宇宙在内的量子系统,应该包含被称为拓扑缺陷的奇特物体,不过,这样的缺陷很难制造并观察。但芬兰阿尔托大学研究人员找到了解决办法。

他们首先将25万个铷原子放入一个真空室内,然后用激光照射它们,以减慢其运动速度,并将其温度降低到接近绝对零度。在此情况下,所有铷原子表现得像一个大的量子物体。由于拥有自旋这一量子特性,这个量子物体对磁场很敏感。随后,研究团队确定了正确磁场的方向和强度,以扭曲原子。

研究人员表示,这种方法以前曾被用来制造名为磁单极子的缺陷,这种粒子类似只拥有单极的磁体。在最新实验中,研究人员发现,几毫秒后,他们创造出的每个磁单极子都扩展成一个拥有非常奇特性质的“爱丽丝环”。

这个“爱丽丝环”有一个特点:通过环或从环的侧面看附近的磁单极子,同一个磁单极子的电荷看起来会有不同。所以,这个“爱丽丝环”会反转所看到的物体的电荷。计算机模拟显示,如果磁单极子穿过“爱丽丝环”,其电荷将完全反转,比如从正变为负。

研究团队计划接下来创造出一个磁单极子和一个“爱丽丝环”,并让其中一个穿过另一个,直接测试“爱丽丝环”的功能。


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