В квантовой физике были обнаружены интригующие петлеобразные структуры в газе при экстремально низкой температуре, открывающие окно в тип одностороннего магнетизма, известный как монополь. Эти кольцеобразные образования, получившие название «кольца Алисы» в честь знаменитых приключений Алисы в Стране чудес Льюиса Кэрролла, были обнаружены в результате международного сотрудничества групп американских и финских исследователей.
Эти кольца, по-видимому, подтверждают существовавшую несколько десятилетий теорию о том, как распадаются монополи. Точнее, они превращаются в кольцеобразный вихрь, в центре которого монополи, проходящие через его центр, инвертируются в противоположные магнитные заряды. Они вполне могут пересмотреть наши представления о магнитных явлениях и о том, как они проявляются в реальности. Работа «Monopole Collaboration» опубликована в журнале .
Неуловимые монополи
В квантовой физике монополи представляют собой интригующую загадку. Если широко известные диполи характеризуются наличием двух противоположных зарядов — положительного и отрицательного, то монополи отличаются сингулярностью заряда. Они имеют только один заряд, определяемый как положительный или отрицательный. Эта сингулярность делает их особенно сложными для получения и изучения.
Несмотря на эти проблемы, исследовательская группа сделала значительный шаг вперед. Используя передовую технику, они манипулировали газом, состоящим из атомов рубидия, охлаждая его до чрезвычайно низкой температуры, близкой к абсолютному нулю. В этих условиях им удалось создать монополь, направив нулевую точку трехмерного магнитного поля в сторону квантового газа.
Следует отметить, что первоначально команда доказала существование квантового аналога магнитного монополя в 2014 году и выделила квантовые монополи в 2015 году в сверххолодном состоянии атомов рубидия, называемом конденсатом Бозе-Эйнштейна (BEC). Наконец, в 2017 году наблюдался распад.
Странные «кольца Алисы»
Тем не менее эти квантовые монополи эфемерны, они распадаются через несколько миллисекунд после своего создания. Именно в этой нестабильности и формируется кольцо Алисы. В то время как срок жизни монополей быстротечен, кольца Алисы оказываются на удивление живучими. Моделирование показало, что эти кольца могут существовать в течение 84 миллисекунд, что значительно превышает продолжительность жизни монополей: более чем в двадцать раз.
Микко Мёттёнен из Университета Аалто, соавтор исследования, подчеркнул в пресс-релизе: «Впервые нашему сотрудничеству удалось создать кольца Алисы в природе, что является монументальным достижением. Эти наблюдения позволяют предположить, что кольцо Алисы обладает пока еще неизвестными характеристиками, которые потенциально могут содержать секреты о самой природе квантовой реальности«.
Являются ли кольца Алисы воротами в новый мир?
На первый взгляд, кольцо Алисы поразительно похоже на монополь, особенно если смотреть на него со стороны. Это сходство может привести к путанице, поскольку эти два объекта, хотя и являются родственными, обладают различными свойствами. Если подойти поближе и заглянуть в самое сердце кольца Алисы, то происходит удивительная трансформация: все, что воспринималось ранее, как бы меняется на противоположное.
Это кольцо действует как призма, открывая альтернативную вселенную. Мёттёнен говорит: «Как будто кольцо — это ворота в мир антиматерии, а не материи», где привычные правила физики перевернуты с ног на голову. Именно здесь напрашивается сравнение с известной сказкой. Согласно этой сказке, Алиса проходит через зеркало и попадает в перевернутый мир, где все противоположно тому, что она знает.
В этом контексте монополь, проходящий через центр этого кольца, претерпевает метаморфозу. Он превращается в свою противоположность, антимонополь, с зарядом, полностью противоположным тому, которым он обладал изначально. Такая трансформация свидетельствует о большой сложности и глубине природы колец Алисы.
Хотя это явление инверсии пока не наблюдалось экспериментально, Мёттёнен заявил, что топологическая структура колец Алисы требует такого поведения. Исследователи с оптимизмом ожидают, что будущие исследования откроют еще более интригующие грани этих колец.