Мистериозни контури в тъканта на реалността: физици за първи път откриха „пръстените на Алиса“

Физици потвърдиха мистериозното (досега чисто теоретично) явление „пръстените на Алиса“ – препратка към приказките на Луис Карол. Това откритие, свързано с начина, по който монополите (вид еднопосочен магнетизъм) се разпадат, може да доведе до революция в сегашното ни разбиране за квантовата физика. Потвърждаването на съществуването на тези пръстени дава възможност за един съвсем нов поглед върху специфичните взаимодействия и подсказва за все още неизследвани свойства на квантовата реалност, разкривайки нови пътища за изследване.

В областта на квантовата физика са открити интригуващи циклични структури в газ при изключително ниска температура, които отварят прозорец към един съвсем нов вид едностранен магнетизъм, известен като монопол. Тези пръстеновидни образувания, наречени „пръстените на Алиса“ в чест на известната книга на Луис Карол „Приключенията на Алиса в страната на чудесата“, бяха открити чрез международно сътрудничество между екипи от американски и финландски изследователи.

Тези пръстени изглежда потвърждават една десетилетна теория за това как се разпадат монополите. По-точно, те се превръщат в пръстеновиден вихър, в който монополите, преминаващи през центъра му, се инвертират в противоположни магнитни заряди. Те могат да преосмислят представите ни за магнитните явления и за начина, по който те се проявяват в реалността. Статията на Monopole Collaboration е публикувана в списание Nature Communications.

Неуловимите монополи

В квантовата физика монополите представляват интригуваща загадка. Докато добре познатите диполи се характеризират с наличието на два противоположни полюса – положителен и отрицателен, монополите се отличават със сингулярност на заряда – те имат единичен полюс. При тях има само един заряд, определен като положителен или като отрицателен. Тази особеност ги прави особено трудни за получаване и изследване.

Въпреки тези предизвикателства изследователският екип е постигнал значителен напредък. С помощта на усъвършенствани техники те са манипулирали газ, съставен от рубидиеви атоми, като са го охладили до изключително ниска температура, близка до абсолютната нула. При тези условия те успяха да създадат монопол, насочвайки нулевата точка на триизмерно магнитно поле към квантовия газ.

Трябва да се отбележи, че екипът първоначално доказа съществуването на квантов аналог на магнитния монопол през 2014 г., а през 2015 г. изолира квантови монополи в свръхстудено състояние на рубидиеви атоми, наречено кондензат на Бозе-Айнщайн (BEC). Накрая, през 2017 г. беше наблюдаван и техният разпад.

Странните „пръстени на Алиса“

Въпреки това тези квантови монополи са ефимерни и се разпадат няколко милисекунди след създаването им. Именно в тази нестабилност се формира пръстенът на Алиса. Докато животът на монополите е мимолетен, пръстените на Алиса се оказват изненадващо устойчиви. Моделирането показва, че тези пръстени могат да съществуват 84 милисекунди, което е много повече от живота на монополите: над двадесет пъти.

Микко Мьотьонен от университета Аалто, съавтор на изследването, подчертава в съобщение за пресата:

„За първи път в рамките на нашата съвместна работа успяхме да създадем пръстени на Алиса в природата, което е грандиозно постижение. Тези наблюдения показват, че пръстенът на Алиса има все още неизвестни характеристики, които потенциално могат да крият тайни за самата природа на квантовата реалност“.

Дали пръстените на Алиса са врата към един нов свят?

На пръв поглед пръстенът на Алиса поразително прилича на монопол, особено когато се гледа отвън. Тази прилика може да доведе до объркване, тъй като двата обекта, макар и свързани, имат различни свойства. Ако се приближите и се вгледате в сърцето на пръстена на Алиса, настъпва забележителна трансформация: всичко, което е било възприемано преди, изглежда наобратно.

Този пръстен действа като призма, разкривайки алтернативна вселена. Мьотьонен казва:

„Сякаш пръстенът е врата към света на антиматерията, а не на материята“, където обичайните правила на физиката са обърнати с главата надолу. Именно тук е подходящо сравнението с една добре позната на всички приказка. Според тази история Алиса минава през специално огледало и попада в един обърнат свят, където всичко е противоположно на това, което тя познава“.

В този контекст монополът, преминаващ през центъра на този пръстен на Алиса, претърпява метаморфоза. Той се превръща в своята противоположност – антимонопол, със заряд, напълно противоположен на този, който първоначално е притежавал. Тази трансформация демонстрира голямата сложност и дълбочина на природата на пръстените на Алиса.

Въпреки че този феномен на инверсия и тотално преобръщане все още не е наблюдаван експериментално, Мьотьонен казва, че топологичната структура на пръстените на Алиса налага това поведение. Изследователите са оптимистично настроени, че бъдещите изследвания ще разкрият още по-интригуващи аспекти на тези пръстени.