Teoretiska fysiker introducerar rutinmässigt fiktiva partiklar och fält i sina beräkningar, i syfte att färdigställa en teori eller helt enkelt för att göra den mer elegant. Ett slående exempel gäller den magnetiska monopolen som Dirac föreställde 1931:en punktliknande källa till magnetfält, som saknas i klassisk elektromagnetism. Även om Dirac-monopolen aldrig observerades i naturen, visas den artificiellt i olika fysiska miljöer, särskilt i fast tillstånd.

2018 föreslog Giandomenico Palumbo och Nathan Goldman (Science Faculty, ULB) ett experimentellt system där exotiska "tensor"-monopoler, som ursprungligen introducerades i strängteorin, kan skapas och observeras i labbet. Dessa tensormonopoler är punktliknande källor till generaliserade magnetfält (kända som Kalb-Ramond-fält) som lever i ett fyrdimensionellt utrymme, och de förekommer naturligt i strängteorins matematiska ram. Det centrala resultatet av Palumbo-Goldman, publicerat i Physical Review Letters 2018 är att tensormonopoler kan skapas artificiellt genom att manipulera ett enkelt kvantsystem, till exempel en trenivåatom kopplad med lasrar.

I en ny publikation i Science , teamet från Paola Cappellaro (MIT) beskriver den experimentella implementeringen av Palumbo-Goldman-modellen, såväl som observationen och karaktäriseringen av den associerade tensormonopolen. I det här experimentet manipulerar teamet en konstgjord atom som uppstår genom en defekt i diamant (ett kvävevakanscenter eller NV-center). Med hjälp av denna mycket kontrollerbara kvantuppställning förberedde experimentalisterna den syntetiska monopolen, mätte det emanerande Kalb-Ramond-fältet och bestämmer den kvantiserade laddningen av monopolen (ett heltal satt av topologi).

Detta arbete illustrerar hur en kvantsimulator kan utnyttjas för att studera abstrakta och komplexa fysiska strukturer, som ursprungligen introducerades inom ramen för matematisk fysik. + Utforska vidare

Förstörelse av en kvantmonopol observerad