Boucles mystérieuses dans le tissu de la réalité : les physiciens ont un premier aperçu des « anneaux d'Alice » : ScienceAlert

D’étranges boucles dans le tissu de la réalité ont finalement été observées se former dans un gaz extrêmement froid, offrant aux physiciens l’occasion d’étudier les comportements d’un type plutôt particulier de magnétisme unilatéral.

Connues sous le nom d'« anneaux d'Alice », d'après la renommée d'Alice du « Pays des merveilles », les structures circulaires ont été observées par une collaboration entre des chercheurs américains et finlandais, qui ont déjà une longue liste de découvertes concernant les distorsions dans les champs quantiques connues sous le nom de monopôles topologiques.

L'équivalent isolé d'un pôle sur un aimant, les monopôles ressemblent vraiment à quelque chose qu'Alice aurait vu lors de sa chasse au lapin blanc. Couper un aimant en deux ne réussira pas à séparer le nord du sud, mais des monopôles peuvent théoriquement apparaître dans la machinerie quantique qui donne naissance à diverses forces et particules.

Une version du monopôle prend la forme d’une particule élémentaire, celle qui a défié toutes les tentatives d’identification reste, pour l’instant, purement hypothétique.

Pourtant, des monopoles peuvent apparaître dans d’autres contextes. L'écume de divers champs quantiques peut donner naissance à leur propre style de magnétisme unilatéral alors qu'ils tourbillonnent, tirant et tirant sur leur environnement pour donner naissance à des anomalies de courte durée qui se démarquent pendant un instant avant de disparaître à nouveau dans la baratte. .

En tant que membre de la Collaboration Monopole de l'Université Aalto en Finlande, le physicien Mikko Möttönen connaît intimement toute une variété de tourbillons, de cordes et d'enchevêtrements qui peuvent émerger dans le tissage d'un tissu quantique.

En 2015, un an seulement après avoir prouvé l'existence d'un monopole topologique, Möttönen et ses collègues ont triomphalement réussi à en observer un de manière isolée pour la première fois dans un état ultra-froid d'atomes de rubidium appelé condensat de Bose-Einstein (BEC).

"Nous sommes les seuls à avoir réussi à créer des monopôles topologiques dans les domaines quantiques", a expliqué Möttönen à ScienceAlert.

"Après leur création, il nous a fallu un certain temps pour étudier également les nœuds quantiques et les skyrmions avant d'examiner de près ce qui arrive au monopôle topologique juste après sa création."

Moins de deux ans après leur observation initiale, la collaboration a fait une découverte surprise : les monopôles pourraient se transformer en d’autres types.

Dans cette dernière enquête, les chercheurs ont de nouveau observé un monopôle topologique se fondre en quelque chose d'autre, mais cette fois le résultat final ressemblait davantage à une petite porte vers le pays des merveilles – des structures appelées cordes d'Alice.

Les cordes Alice sont étroitement associées aux monopôles, se tordant en pôles magnétiques unilatéraux chaque fois qu'elles se ferment en boucles. Et ces boucles de cordes Alice sont connues sous le nom d’anneaux Alice.

Pourtant, alors que les monopôles typiques peuvent durer quelques millièmes de seconde, les anneaux Alice durent plus de 80 millisecondes, soit environ 20 fois plus longtemps.

"De loin, l'anneau d'Alice ressemble à un monopôle, mais le monde prend une forme différente lorsqu'on regarde à travers le centre de l'anneau", explique David Hall, physicien de l'Amherst College aux États-Unis.

Comme le propre miroir d'Alice, le passage à travers l'étrange boucle magnétique du champ quantique d'un BEC peut tout bouleverser. D'autres monopôles qui tombent à travers s'inversent dans leurs versions miroir, retournant l'anneau dans son opposé alors qu'ils glissent à travers.

Bien que l’équipe n’ait pas encore observé expérimentalement cette inversion, apercevoir la formation de l’anneau lors de la désintégration d’un monopôle topologique constitue un progrès passionnant.

Sur le plan pratique, nous ne pouvons que spéculer sur la manière dont ces résultats pourraient être appliqués. Mais plus nous en apprendrons sur la nature instable des champs quantiques, mieux nous serons en mesure de cartographier leurs eaux et de comprendre les vérités plus profondes de la réalité.

"En premier lieu, cette création des anneaux Alice revêt une importance fondamentale", a déclaré Möttönen à ScienceAlert.

"Il jette lumière et inspiration dans la recherche des constituants les plus profonds de l'Univers, de la matière et de l'information."