Кольца, состоящие из тысяч атомов, охлажденных до экстремально низких температур, могут влиять на квантовые состояния объектов, через которые они проходят. При этом, даже простое наблюдение за квантовыми объектами через так называемое «кольцо Алисы» приводит к изменению их характеристик.
В физике выделяют топологические дефекты – явления, возникающие в различных средах вследствие спонтанного нарушения симметрии. Такие дефекты могут образовываться, например, в процессе фазовых переходов в твердых телах или под воздействием внешних полей. Как правило, топологический дефект представляет собой небольшую структуру в конденсированных средах, таких как кристаллы, жидкие кристаллы, сверхтекучие жидкости и сверхпроводники. Предполагается, что подобные структуры могли существовать и в гораздо большем масштабе в ранней Вселенной, хотя некоторые физики выражают сомнения относительно этого).
Топологические дефекты могут иметь различную природу — например, нульмерные, или точечные. К ним относятся монополи и скирмионы. Одномерные дефекты, имеющие линейную форму, наблюдаются в виде квантованных вихрей в сверхтекучих жидкостях и сверхпроводниках ( вихри Абрикосова), а также вихри, возникающие в кристаллических структурах (дислокации или потоки вакансий).
Помимо упомянутых ранее дефектов, экспериментально не зафиксировано и другие топологические дефекты, такие как квантовые струны, что заставляет многих ученых сомневаться в их реальности. Действительно, реализация многих предсказанных топологических дефектов в конденсированных средах представляет собой сложную задачу, поэтому каждое исследование, открывающее новый тип дефектов, вызывает большой интерес у исследовательских групп во всем мире.
Финские ученые провели достаточно сложный эксперимент, аналогичный данному. О результатах исследования, опубликованных в журнале Nature Communications, они описали создание структуры из 250 тысяч атомов рубидия (это невероятно компактное образование), охлажденных до сверхнизких температур. Последнее требуется потому, что нужные квантовые эффекты без глубокого охлаждения наблюдать невозможно. Необходимая в этот раз температура была близка к абсолютному нулю, так что получить ее просто «в холодильнике» нельзя: авторы исследования замедляли движение нужной группы атомов в вакууме лазерными импульсами, тем самым понижая и температуру (это «торможение» отбирает у атомов тепловую энергию).
Достигнув определенной стадии, атомы начали действовать как единый квантовый объект, состояние которого можно изменять с помощью внешнего магнитного поля. Создав в этой среде монополь, ученые смогли наблюдать спонтанную деформацию этого монополя в вихревое кольцо, известное как «кольцо Алисы».
Вдобавок, результаты моделирования показывают, что объект, проходящий через «кольцо Алисы» или подвергающийся наблюдению через него, приобретает заряд с противоположным знаком. В настоящее время исследователи стремятся освоить метод пропускания монополей (объектов, близких к нулевой размерности) через такое кольцо и последующее наблюдение за изменением знака их заряда относительно наблюдателя. Это позволило бы перейти от непосредственного создания «кольца Алисы» к экспериментальному подтверждению его необычных свойств, предсказанных ранее.