Magneter, i form av en bar, hästsko eller elektromagnet, har alltid två poler. Om du bryter en magnet på mitten, du kommer att få två nya magneter, var och en med sin egen magnetiska norr och söder.

Men vissa fysikteorier förutspår förekomsten av enpoliga magneter-en situation som liknar elektriska laddningar, som kommer i antingen positiva eller negativa bitar. En särskild inkarnation-kallad Yang-monopolen efter dess upptäckare-förutsades ursprungligen inom ramen för högenergifysik, men det har aldrig observerats.

Nu, ett team på JQI under ledning av postdoktoralforskaren Seiji Sugawa och JQI -stipendiat Ian Spielman har lyckats efterlikna en Yang -monopol med en ultrakyld gas av rubidiumatomer. Resultatet, som ger ett annat exempel på att använda kalla kvantgaser för att simulera andra fysikområden, rapporterades i 29 juni -numret av Vetenskap .

"Detta nya resultat kopplar ihop idéer födda i högenergifysik-Yang-monopolen-med begrepp i kondenserad fysik-topologiska fasövergångar-och förverkligar dem i atomfysiklaboratoriet, Säger Spielman.

För att upptäcka Yang -monopolerna i sin kvantgas, Spielman, Sugawa och medarbetare manipulerade de inre kompassnålarna som alla atomer bär - en kvantegenskap som kallas spin - med hjälp av radiovågor och mikrovågor för att rotera nålarna på specifika sätt. Genom att cykla atomerna bland fyra olika spinnorienteringar, forskare kunde skicka atomerna på en resa genom "spin space" och föra dem tillbaka dit de började - ungefär som en resenär på jordens yta som tog en resa runt jordklotet (men i fyra dimensioner istället för jordklotets två) .

Teamet mätte orienteringen av atomernas snurr efter att de avslutat sin resa och jämförde resultatet med deras inledande orienteringar. De fann att atomerna snurrade inte tillbaka till där de började, en avvikelse som kan uppstå under en resa genom krökt utrymme. I detta fall, avböjningens storlek och riktning matchade förutsägelserna för krökning som skapades av en Yang -monopol.

För att testa att avböjningarna verkligen berodde på monopolen och inte en annan källa, forskare skickade atomerna på en annan resa, en som försökte undvika den rymdböjande singulariteten som skapades av monopolen. På denna nya väg, atomerna kände inte längre ett totalt drag från krökningen, en stark indikation på att de hade lämnat monopolens inflytande.

Att slå på och stänga av monopolens effekter beror bara på storbildsformen på de vägar som atomerna tar och inte på några små vickor längs vägen-en indikation på att effekten är topologisk. Vägarna omger antingen en monopol eller så gör de inte det, och detta ger en topologisk funktion som kan leda till nya typer av kvantladdningspumpar, Säger Spielman.