Ilustrace Alenčina prstenu. Kredit: Heikka Valja/Aalto University.

Kvantová fyzika má mnoho společného s Alenkou Lewise Carrolla. Také kvantoví fyzici objevují fantaskní svět, kde důvěrně známé zákonitosti najednou tak úplně nefungují. Teď našli jednu králičí noru v Boseho-Einsteinově kondenzátu, která je dovedla k potvrzení dávné předpovědi, týkající se rozpadu monopolů.

Mikko Möttönen. Kredit: IQM Quantum Computers.

Mikko Möttönen z finské Aalto University a jeho kolegové jako první pozorovali podivuhodné objekty, jejichž název inspiroval zmíněný Lewis Caroll, Jde o „Alenčiny prsteny“ (Alice Ring), které vznikají rozpadem kvantových monopólů. Rozpad monopólu vytvoří vír prstencového tvaru. Když skrz takový prsten projde jiný monopól, promění se na svůj opak.

Logo. Kredit: Aalto University.

Je to další úspěch vědecké skupiny Monopole Collaboration. Nejprve v roce 2014 prokázali existenci kvantového analogu magnetického monopolu. V roce 2015 na to navázali pozorováním izolovaných kvantových monopolů a v roce 2017 přidali rozpad kvantového monopolu do jiného analogu kvantového monopolu

Odborníci Monopole Collaboration zkoumají monopoly s využitím Boseho-Einsteinova kondenzátu z podchlazených atomů rubidia. V tomto exotickém materiálu vznikají kvantové monopoly, které se rozpadají během pár milisekund. To je chvíle, kdy se mohou objevit Alenčiny prsteny. Podle Möttönena je monopól jako vejce balancující na vrcholku kopce. Sebemenší narušení rovnováhy a vejce se skutálí a rozkřápne. Narušení monopolu zase může vést ke stvoření Alenčina prstenu.

Badatelé vytvořili stabilní Alenčiny prsteny, které vydržely až 84 milisekund, více než 20krát déle než obvyklá existence kvantového monopólu. Alenčin prsten přitom podle nich z dálky připomíná monopól, ale zblízka je mnohem magičtější. Teorie praví, že monopól, který projde „kouzelným“ Alenčiným prstenem, se promění v antimonopól s opačným magnetickým nábojem. Při tomto kouzlu se zároveň změní i magnetický náboj Alenčina prstenu.

Magie Alenčina prstenu zatím nebyla experimentálně pozorována. Ale kvantoví fyzici teprve prolezli králičí norou a potrhlá čajová společnost je teprve čeká. Möttönen je každopádně přesvědčen, že topologická struktura Alenčina prstenu ukazuje na předpovězené „kouzelné“ chování. Máme se na co těšit.

Video: Creation of a quantum monopole

Literatura

Aalto University 29. 8. 2023.

Nature Communications 14: 5100.

Vědci umístili 250 000 atomů rubidia do malé vakuované komory a pak pomocí laseru zpomalili jejich pohyb, čímž je ochladili na teplotu blízkou absolutní nule. Za těchto podmínek se všechny atomy chovaly jako jeden “větší“ kvantový objekt Boseho-Einsteinův kondenzát. V něm pak pomocí magnetického pole vytvářeli magnetické monopóly a pozorovali, jak se v průběhu milisekund rozšiřují do Alenčiných prstenů.  Když se přes takový „prsten“ „díváte“ na blízký magnetický monopól, z jedné jeho strany vidíte opačný náboj než z té druhé. Vskutku fascinující…