奇异量子“爱丽丝环”首次造出，为探索宇宙学理论提供新机会
时间：2023.08.31
来源: 科技日报
爱丽丝环的艺术照。图片来源：阿尔托大学
科技日报记者 刘霞
芬兰科学家通过操纵数十万个极冷原子，首次制造出了名为爱丽丝环的奇特量子物体。这是一个环状拓扑缺陷物体，它可改变穿过或透视它的量子物体的性质。这一突破为探索宇宙学或高能物理学领域的一些理论开辟了前所未有的机会。相关论文发表于29日出版的《自然·通讯》杂志。
从理论上讲，包括极冷原子的集合，甚至整个宇宙在内的量子系统，应该包含被称为拓扑缺陷的奇特物体，不过，这样的缺陷很难制造并观察。但芬兰阿尔托大学研究人员找到了解决办法。
他们首先将25万个铷原子放入一个真空室内，然后用激光照射它们，以减慢其运动速度，并将其温度降低到接近绝对零度。在此情况下，所有铷原子表现得像一个大的量子物体。由于拥有自旋这一量子特性，这个量子物体对磁场很敏感。随后，研究团队确定了正确磁场的方向和强度，以扭曲原子。
研究人员表示，这种方法以前曾被用来制造名为磁单极子的缺陷，这种粒子类似只拥有单极的磁体。在最新实验中，研究人员发现，几毫秒后，他们创造出的每个磁单极子都扩展成一个拥有非常奇特性质的爱丽丝环。
这个爱丽丝环有一个特点：通过环或从环的侧面看附近的磁单极子，同一个磁单极子的电荷看起来会有不同。所以，这个爱丽丝环会反转所看到的物体的电荷。计算机模拟显示，如果磁单极子穿过爱丽丝环，其电荷将完全反转，比如从正变为负。
研究团队计划接下来创造出一个磁单极子和一个爱丽丝环，并让其中一个穿过另一个，直接测试爱丽丝环的功能。