Magneten, hetzij in de vorm van een bar, hoefijzer of elektromagneet, altijd twee polen. Als je een magneet doormidden breekt, je krijgt dan twee nieuwe magneten, elk met zijn eigen magnetische noorden en zuiden.

Maar sommige natuurkundige theorieën voorspellen het bestaan ​​van enkelpolige magneten - een situatie die lijkt op elektrische ladingen, die in positieve of negatieve delen komen. Een bepaalde incarnatie - de Yang-monopool genoemd naar zijn ontdekker - werd oorspronkelijk voorspeld in de context van hoge-energiefysica, maar het is nooit waargenomen.

Nutsvoorzieningen, een team bij JQI onder leiding van postdoctoraal onderzoeker Seiji Sugawa en JQI Fellow Ian Spielman zijn erin geslaagd een Yang-monopool na te bootsen met een ultrakoud gas van rubidium-atomen. Het resultaat, wat een ander voorbeeld geeft van het gebruik van koude kwantumgassen om andere natuurkundige gebieden te simuleren, werd gemeld in het 29 juni nummer van Wetenschap .

"Dit nieuwe resultaat verbindt ideeën die zijn geboren in de hoge-energiefysica - de Yang-monopool - met concepten in de fysica van de gecondenseerde materie - topologische faseovergangen - en realiseert ze in het atomaire fysica-laboratorium, ' zegt Spielman.

Om de Yang-monopolen in hun kwantumgas te detecteren, Spielman, Sugawa en collega's manipuleerden de interne kompasnaalden die alle atomen dragen - een kwantumeigenschap genaamd spin - met behulp van radiogolven en microgolven om de naalden op specifieke manieren te draaien. Door de atomen tussen vier verschillende spinoriëntaties te laten draaien, onderzoekers waren in staat om de atomen op een reis door de "spinruimte" te sturen en ze terug te brengen naar waar ze begonnen - net als een reiziger op het aardoppervlak die een reis rond de wereld maakt (maar in vier dimensies in plaats van de twee van de wereld) .

Het team mat de oriëntatie van de spins van de atomen nadat ze hun reis hadden voltooid en vergeleek het resultaat met hun oorspronkelijke oriëntaties. Ze ontdekten dat de spins van de atomen niet terugkeerden naar waar ze begonnen, een discrepantie die kan ontstaan ​​tijdens een reis door de gekromde ruimte. In dit geval, de grootte en richting van de doorbuiging kwamen overeen met voorspellingen voor de kromming gecreëerd door een Yang-monopool.

Om te testen of de doorbuigingen inderdaad te wijten waren aan de monopool en niet aan een andere bron, onderzoekers stuurden de atomen op een andere reis, een die probeerde de ruimtebuigende singulariteit te vermijden die door de monopool werd gecreëerd. Op dit nieuwe pad, de atomen voelden niet langer een algehele ruk aan de kromming, een sterke aanwijzing dat ze het invloedsrijk van de monopool hadden verlaten.

Het in- en uitschakelen van de effecten van de monopool hangt alleen af ​​van de grote-beeldvorm van de paden die de atomen nemen en niet van kleine kronkels onderweg - een indicatie dat het effect topologisch is. De paden omsluiten een monopool of niet, en dit levert een topologische eigenschap op die zou kunnen leiden tot nieuwe soorten kwantumladingspompen, zegt Spielman.