Финские и американские ученые, специализирующиеся на топологических монополях, получили редкую возможность изучить странный вид одностороннего магнетизма в облаке газа, охлажденного до криогенных температур. Эти кольцевидные структуры, получившие название «колец Алисы», подтвердили давнюю гипотезу распада монополей.

«Впервые наша коллаборация смогла воссоздать кольца Алисы в природе. Это грандиозное достижение, — заявил профессор Микко Моттонен из Университета Аальто. — Это фундаментальное исследование открывает путь к пониманию работы этих структур и их аналогов в физике частиц».

Коллаборация, посвященная исследованиям монополя, доказала существование квантового аналога магнитного монополя в 2014 году, изолировала квантовые монополи в 2015-м и наблюдала распад одного монополя в другой в 2017-м, сообщает Science Daily.

Монополи — разновидности диполей, но с одном магнитным полюсом вместо двух. Они бывают заряжены только отрицательно или только положительно. Звучит просто, но на деле реализовать истинный монополь оказалось чрезвычайно сложной задачей. Исследователи из Коллаборации выполнили ее с помощью атомов рубидия, охлажденных почти до абсолютного нуля. В таких условиях они смогли создать монополь, направив нулевую точку трехмерного магнитного поля в квантовый газ.

Эти квантовые монополи крайне недолговечны по природе и распадаются через миллисекунды после появления. В состоянии такой нестабильности и возникают кольца Алисы.

«Представьте себе монополь как яйцо, балансирующее на вершине холма, — сказал Моттонен. — Малейший толчок может столкнуть его вниз. В определенном смысле, монополи подвержены шуму, который запускает их распад в кольца Алисы».

Несмотря на недолговечность колец Алисы, ученые смогли стабилизировать их на 84 мс — это в 20 раз дольше их обычного срока жизни. Это достижение позволяет предположить, что в будущем получится открыть еще более странные свойства монополей.

На первый взгляд, кольца Алисы выглядят совсем как монополи, но если заглянуть внутрь кольца, картина меняется. Все начинает выглядеть как будто в зеркальном отражении, как если бы кольцо было проходом в мир антивещества, пояснили ученые. Теоретически, монополь, пройдя сквозь кольцо Алисы, должен превратиться в анти-монополь с противоположным зарядом. Соответственно, заряд кольца Алисы тоже меняется. Хотя этот феномен еще не был подтвержден экспериментально, Моттонен и его коллеги убеждены, что топологическая структура колец Алисы влечет за собой такое поведение.