科学家在含有NV色心的金刚石中制备出张量单极子
理论物理学家经常会在他们的计算中引入虚构的粒子和场,以完成一个理论,或者这么做只是为了使理论更优雅。一个引人注目的例子是,狄拉克在1931年想象了一种磁单极子:这是一种点状的磁场源,它在经典电磁学中是不存在的。虽然在自然界中从未观察到狄拉克单极子,但它总是在各种物理环境中人为地出现,特别是在固态系统中。
2018年,布鲁塞尔自由大学理学院的Giandomenico Palumbo和Nathan Goldman提出了一个实验方案,通过该方案,可以在实验室中创建和观察最初只在弦理论中引入的奇异“张量”单极子。这些张量单极子是生活在四维空间中的广义磁场(被称为Kalb-Ramond场)的点状源,它们会自然地出现在弦理论的数学框架中。Palumbo与Goldman于2018年发表在《物理评论快报》上的核心结果是,张量单极子可以通过操纵简单的量子系统(例如由激光耦合的三能级原子)人工创建出。
在《科学》杂志的最新一期出版物中,麻省理工学院核科学与工程系教授Paola Cappellaro带领的一组研究团队描述了Palumbo-Goldman模型的一种实验实现,以及相关张量单极子的观察和表征。在这个实验中,该团队操纵了一个由金刚石缺陷(氮空位中心,或称NV色心)实现的人造原子。研究人员使用这种高度可控的量子装置,实验者制备出了合成的单极子,他们测量了其发出的Kalb-Ramond场并确定了单极子的量子化电荷。(编译:Qtech)