Физика Зазеркалья: монополи, Кольца Алисы и странная ткань реальности

Исследователи из США и Финляндии впервые смогли наблюдать круговые структуры, которые получили название «кольца Алисы» в честь персонажа из «Страны чудес». Команда исследователей достигла значительных успехов в изучении искажений в квантовых полях, включая топологические монополи. Одним из основных отличий «колец Алисы» от других физических явлений является их компактность и кратковременность. Они существуют всего доли наносекунды, что затрудняет их наблюдение.


Однако благодаря новым технологиям и инструментам, исследователям все же удалось выявить их существование. Наконец, ученым удалось обнаружить странные петли в ткани реальности, возникающие в сверххолодном газе. Это явление дало физикам возможность подробнее изучить проявление одностороннего магнетизма, которое ранее было недостаточно исследовано.

Монополи представляют собой экзотические объекты. Их существование может показаться странным, как погоня Алисы за белым кроликом. В отличие от обычных магнитов, которые можно разделить на две части и отделить северный и южный полюса, монополи могут существовать только как гипотетические сущности.

Одна из теорий о существовании монополей предполагает, что они могут иметь форму элементарных частиц. На данный момент некоторые из этих частиц уже были обнаружены, но все еще существуют гипотетические монополи, и до сих пор не удается их идентифицировать.

Однако монополи могут возникать и в других условиях. В результате вспенивания различных квантовых полей, подобно бурлению воды и созданию водоворота, может возникнуть своеобразная форма одностороннего магнетизма. Эти монополи взаимодействуют с окружающей средой и создают временные аномалии, которые существуют лишь доли секунды и затем исчезают.

В 2015 году Микко Мёттонен и его коллеги смогли впервые наблюдать топологический монополь изолированно в состоянии ультрахолодных атомов рубидия, которое известно как бозе-эйнштейновский конденсат (БЭК). Этот прорыв стал триумфальным достижением.


 — Микко Мёттонен.

Вскоре после первоначального наблюдения ученые сделали интересное открытие: монополи могут распадаться на другие типы частиц.

В последних исследованиях исследователи повторно наблюдали, как топологические монополи превращаются в нечто новое. На этот раз получившийся результат напоминает крошечную дверь в Страну чудес — структуру, которую они называют струнами Алисы. Струны Алисы тесно связаны с монополями, которые превращаются в односторонние магнитные полюса, образуя петли. Эти петли струн Алисы известны как кольца Алисы.

Однако кольца Алисы имеют существенное отличие от обычных монополей: они сохраняются намного дольше. В то время как типичные монополи существуют лишь несколько тысячных долей секунды, кольца Алисы остаются стабильными в течение более 80 миллисекунд — это примерно в 20 раз дольше.


 — Дэвид Холл, физик из Амхерстского колледжа в США.

Подобно зеркалу Алисы, прохождение через странную магнитную петлю в квантовом поле БЭК может перевернуть все с ног на голову. Другие монополи, которые случайно проваливаются, превращаются в свои зеркальные версии, переворачивая кольцо в его противоположность по мере продвижения. Хотя команде еще предстоит наблюдать эту инверсию экспериментально, обнаружение образования кольца при распаде топологического монополя является существенным прогрессом.


 — Микко Мёттонен.