Theoretisch natuurkundigen introduceren routinematig fictieve deeltjes en velden in hun berekeningen, met het oog op het voltooien van een theorie of gewoon om het eleganter te maken. Een treffend voorbeeld betreft de magnetische monopool die Dirac in 1931 heeft bedacht:een puntachtige bron van magnetisch veld, die in het klassieke elektromagnetisme afwezig is. Hoewel de Dirac-monopool nooit in de natuur is waargenomen, verschijnt deze kunstmatig in verschillende fysieke omgevingen, met name in vaste toestand.

In 2018 stelden Giandomenico Palumbo en Nathan Goldman (Faculteit Wetenschappen, ULB) een experimenteel schema voor waarmee exotische "tensor"-monopolen, aanvankelijk geïntroduceerd in de snaartheorie, kunnen worden gecreëerd en waargenomen in het laboratorium. Deze tensormonopolen zijn puntachtige bronnen van gegeneraliseerde magnetische velden (bekend als Kalb-Ramond-velden) die in een vierdimensionale ruimte leven, en ze verschijnen van nature in het wiskundige kader van de snaartheorie. Het centrale resultaat van Palumbo-Goldman, gepubliceerd in de Physical Review Letters in 2018 is dat tensormonopolen kunstmatig kunnen worden gecreëerd door een eenvoudig kwantumsysteem te manipuleren, zoals een atoom met drie niveaus gekoppeld door lasers.

In een nieuwe publicatie in Science , beschrijft het team van Paola Cappellaro (MIT) de experimentele implementatie van het Palumbo-Goldman-model, evenals de observatie en karakterisering van de geassocieerde tensormonopool. In dit experiment manipuleert het team een ​​kunstmatig atoom dat wordt gerealiseerd door een defect in diamant (een stikstof-leegstandcentrum of NV-centrum). Met behulp van deze zeer controleerbare kwantumopstelling bereidden de experimentalisten de synthetische monopool voor, maten ze het uitgestraalde Kalb-Ramond-veld en bepaalden ze de gekwantiseerde lading van de monopool (een geheel getal bepaald door topologie).

Dit werk illustreert hoe een kwantumsimulator kan worden gebruikt voor het bestuderen van abstracte en complexe fysieke structuren, aanvankelijk geïntroduceerd in de context van wiskundige fysica. + Verder verkennen

Vernietiging van een kwantummonopool waargenomen