مشاهدهی فروپاشی تک قطبی کوانتومی
مجله علمي ايلياد/ گروهي بينالمللي از فيزيکدانان فنلاند و ايالات متحده اولين مشاهدات تجربي را بر روي ديناميک تک قطبيهاي جدا شده در مادهي کوانتومي انجام دادند. نتايج اين مطالعه در مجلهي Physical Review X منتشر شده است. تک قطبيهاي مغناطيسي برخلاف آهنرباهاي معمولي ذرات ابتدايي هستند که فقط يک قطب مغناطيسي جنوبي يا شمالي دارند، نه هر دوي آنها. از لحاظ نظري پيشبيني شده که اين تک قطبيها وجود دارند، اما هيچگونه مشاهدهي آزمايشي متقاعدکنندهاي صورت نگرفته است. «ديويد هال» نويسنده و استاد فيزيک در دانشکده امهرست، گفت: «در سال ۲۰۱۴، يک تک قطبي ديراک را بهطور آزمايشي تشخيص داديم، يعني نظريهي هشتاد سالهي پلديراک مبني بر اينکه ذرات کوانتوميِ باردار با تک قطبي مغناطيسي در فعل و انفعال هستند.» نويسندهي ديگر دکتر «ميکو موتونن»، استاد محاسبات کوانتومي در دانشگاه يووسکوله و دانشمند ارشد گروه فيزيک کاربردي در دانشگاه آلتو، افزود: «در سال ۲۰۱۵ تک قطبيهاي کوانتومي واقعي را ساختيم. درحاليکه آزمايش تک قطبي ديراک در واقع حرکت ذرهي باردار در مجاورت ميدان مغناطيسي تک قطبي را شبيهسازي ميکند، تک قطبي کوانتومي در ميدان خود داراي ساختار نقطه مانندي است که مشابهي ذرهي تک قطبي مغناطيسي است.» اکنون اين گروه مشاهده کرده که يکي از اين آنالوگهاي تک قطبي مغناطيسي منحصربهفرد چگونه در کمتر از يک ثانيه خود به خود به تک قطبي مغناطيسي ديگر تبديل ميشود. اولين نويسندهي مطالعه، «توماس اوليکانن»، دانشجوي دکترا در دانشگاه آلتو گفت: «اين کار آسان بهنظر ميرسد، اما ما واقعاً بايد دستگاه را ارتقا ميداديم تا اين کار عملي شود.» محققان توضيح دادند: «با گازِ به شدت رقيقِ اتمهاي روبيديوم که تا صفر مطلق خنک شدند، شروع به کار کرديم؛ اين گاز در اين دما چگالش بوز-اينشتين را ايجاد ميکند. سپس سيستم را در وضعيت غيرمغناطيسي آماده کرديم و نقطهي صفر ميدان مغناطيسي خارجي را چگاليده کرديم و در نتيجه تک قطبي کوانتومي جدا شده را بهوجود آورديم. پس از آن، نقطهي صفر را ثابت نگه داشتيم و منتظر مانديم سيستم در ميدان مغناطيسي متغير به تدريج مغناطيسي شود.» به گفته آنها، تخريبِ تک قطبي کوانتومي در واقع تک قطبي ديراک را بهوجود ميآورد. تک قطبي کوانتومي مشکل به اصطلاح توپولوژيکي است، يعني نقطهاي در فضا که با يک ساختار در وضعيت غيرمغناطيسيِ چگاليده احاطه شده که با شکلدهي مجددِ مداوم حذف نميشود. چنين ساختارهايي به جايزهي نوبل فيزيک سال ۲۰۱۶ مربوط ميشوند؛ بخشي از اين جايزه به کشفيات تغييرات فاز توپولوژيکي که مستلزم گردابهاي کوانتومي يا گردابهها بودند اعطا شده است. استاد هال گفت: «خطوط گردابه به مدت چندين دهه در ابرسيالها بهطور تجربي مطالعه شدهاند.» توپولوژي تک قطبي کوانتومي از آن محافظت ميکند، اما ميتواند به آن آسيب برساند، زيرا کل فازِ ماده از حالت غيرمغناطيسي به حالت مغناطيسي تغيير ميکند. اوليکانن گفت: «مهم نيست مجسمهي يخي چقدر محکم باشد، وقتي يخ ذوب ميشود، قطره قطره چکه ميکند.» دکتر موتونن گفت: «براي اولينبار تک قطبيهاي ديراک که بهطور خود به خودي ظاهر ميشوند و خطوط گردابهي مربوطه را مشاهده کرديم.