奇異量子“愛麗絲環(huán)”首次造出為探索宇宙學(xué)理論提供新機(jī)會(huì)

芬蘭科學(xué)家通過操縱數(shù)十萬個(gè)極冷原子，首次制造出了名為“愛麗絲環(huán)”的奇特量子物體。這是一個(gè)環(huán)狀拓?fù)淙毕菸矬w，它可改變穿過或透視它的量子物體的性質(zhì)。這一突破為探索宇宙學(xué)或高能物理學(xué)領(lǐng)域的一些理論提供了新機(jī)會(huì)。相關(guān)論文發(fā)表于《自然·通訊》雜志。

從理論上講，包括極冷原子的集合，甚至整個(gè)宇宙在內(nèi)的量子系統(tǒng)，應(yīng)該包含被稱為拓?fù)淙毕莸钠嫣匚矬w，不過，這樣的缺陷很難制造并觀察。但芬蘭阿爾托大學(xué)研究人員找到了解決辦法。

他們首先將25 萬個(gè)銣原子放入一個(gè)真空室內(nèi)，然后用激光照射它們，以減慢其運(yùn)動(dòng)速度，并將其溫度降低到接近絕對(duì)零度。在此情況下，所有銣原子表現(xiàn)得像一個(gè)大的量子物體。由于擁有自旋這一量子特性，這個(gè)量子物體對(duì)磁場(chǎng)很敏感。隨后，研究團(tuán)隊(duì)確定了正確磁場(chǎng)的方向和強(qiáng)度，以扭曲原子。

研究人員表示，這種方法以前曾被用來制造名為磁單極子的缺陷，這種粒子類似只擁有單極的磁體。在最新實(shí)驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)，幾毫秒后，他們創(chuàng)造出的每個(gè)磁單極子都擴(kuò)展成一個(gè)擁有非常奇特性質(zhì)的“愛麗絲環(huán)”。

這個(gè)“愛麗絲環(huán)”有一個(gè)特點(diǎn)：通過環(huán)或從環(huán)的側(cè)面看附近的磁單極子，同一個(gè)磁單極子的電荷看起來會(huì)有不同。所以，這個(gè)“愛麗絲環(huán)”會(huì)反轉(zhuǎn)所看到的物體的電荷。計(jì)算機(jī)模擬顯示，如果磁單極子穿過“愛麗絲環(huán)”，其電荷將完全反轉(zhuǎn)，比如從正變?yōu)樨?fù)。

研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃接下來創(chuàng)造出一個(gè)磁單極子和一個(gè)“愛麗絲環(huán)”，并讓其中一個(gè)穿過另一個(gè)，直接測(cè)試“愛麗絲環(huán)”的功能。