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Monopoli magnetici in un mezzo gassoso quantistico freddo

09.08.2018

È noto che i magneti a forma di palla, rettangolo o ferro di cavallo hanno sempre due poli magnetici. E se dividi il magnete in due parti, ottieni due nuovi magneti con due poli. Tuttavia, secondo alcune teorie fisiche, nel mondo possono esistere formazioni magnetiche unipolari, simili alle cariche elettriche, che sono positive o negative. Una di queste formazioni magnetiche, il monopolio di Young, potrebbe esistere dal punto di vista della fisica delle alte energie, ma nessuno degli scienziati ha ancora avuto la possibilità di "vedere" questo monopolio dal vivo, anche in condizioni di laboratorio.

Un gruppo di fisici del Joint Quantum Institute (JQI) è riuscito per la prima volta a creare un analogo del monopolo Yang basato su un gas quantistico ricavato da atomi di rubidio superraffreddati. E questo risultato può essere utilizzato in futuro per una visione più approfondita di aree già conosciute della fisica e di nuove aree che non sono state ancora coperte dalla scienza umana.

Per rilevare i monopoli Yang che esistono in un gas quantistico, gli scienziati, utilizzando onde radio e raggi a microonde, hanno allineato tutti gli spin degli atomi di gas quantistico in un modo speciale. Ripetendo periodicamente combinazioni di quattro diversi orientamenti di rotazione degli atomi, i ricercatori hanno fatto muovere questi atomi nello spazio-tempo, mentre ogni atomo è tornato al punto di partenza dopo un po'.

Quando ogni atomo ha completato il suo cerchio completo, gli scienziati hanno misurato la sua rotazione e l'hanno confrontata con la sua rotazione originale. Si è riscontrato che lo spin dell'atomo non corrispondeva all'originale e, secondo le ipotesi, potevano sorgere piccole differenze dovute al fatto che gli atomi si muovevano in un continuum spazio-temporale curvo. Dopo aver calcolato i parametri della curvatura del continuum, gli scienziati hanno determinato che corrispondono esattamente alla curvatura creata, dal punto di vista della teoria, dal monopolio di Young.

Per verificare che la curvatura del continuum sia effettivamente causata dalla presenza di un monopolio Yang, i ricercatori hanno fatto muovere gli atomi in modi diversi, anche quelli che dovrebbero aggirare l'area di curvatura e distorsione creata . Gli atomi che si muovevano lungo questo percorso, tornando al punto di partenza, avevano la stessa rotazione dell'inizio, il che indicava che erano riusciti a evitare l'influenza del monopolio.

Utilizzando l'approccio sopra descritto e dirigendo gli atomi in modi diversi, i ricercatori hanno determinato che il monopolio Yang è un fenomeno topologico, ad es. ha una certa dimensione e forma. E nelle loro ulteriori ricerche, gli scienziati scopriranno come sarà possibile far funzionare i monopoli di Yang a beneficio dell'umanità in un'ampia varietà di tecnologie quantistiche.

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