Разделимы ли недавно наблюдаемые монополи Дирака?

Я только что прошел «Наблюдение монополей Дирака в синтетическом магнитном поле» .

Что именно было замечено?

Что еще более важно, локализованы ли эти монополи внутри аппарата (отсутствуют выходящие линии поля рассеянного монополя) или их можно использовать для создания осязаемых монополий? (Под материальными монополиями я подразумеваю объект, который в целом является монополией без какого-либо внешнего воздействия. Он может содержать конденсат или что-то подобное внутри)

Связанный: физика.stackexchange.com/q/ 95913
Я так понимаю, что это всего лишь имитация. Северный полюс, созданный командой, не является магнитным в обычном смысле: стрелка компаса не укажет на него.
Загвоздка в слове «синтетика». «Синтетический» химикат по-прежнему остается химикатом, НО «синтетическое» магнитное поле — это не настоящее магнитное поле.
@KevinKostlan так и думал. Хотите расширить это до ответа?
Я был так же взволнован «наблюдением» майорановских фермионов , но это тоже оказалось неким твердотельным возбуждением, которое описывается аналогичной математической конструкцией без каких-либо новаторских разветвлений.

Ответы (3)

Позвольте мне уточнить, что недавний эксперимент НЕ подразумевает обнаружение настоящего магнитного монополя. Каким-то образом во всей этой суматохе слово «синтетический» довольно быстро было выброшено из словосочетания «синтетическое магнитное поле».

Синтетическое магнитное поле — это физическая величина, которая подчиняется тем же уравнениям, что и магнитное поле, обычно реализуемое в таких вещах, как поле скоростей атомов внутри БЭК. В недавней статье говорится о наблюдении аналога монополя Дирака в таком количестве, и это значительный результат в области квантового моделирования. Однако их эксперимент полностью состоит из атомов, а значит, из протонов, нейтронов и электронов. У него не может быть никакого магнитного потока в какую-либо область внутри или вокруг него, и он не нарушает законов электромагнетизма. На самом деле, это встроено в них.

Синтетические магнитные поля хорошо объясняются в этом обзоре:

Коллоквиум: Искусственные калибровочные потенциалы для нейтральных атомов. Жан Далибар и др. Преподобный Мод. физ. 83 нет. 4, 1523–1543 (2011) . arXiv:1008.5378 .

Они описывают простую игрушечную модель, которая отражает, я думаю, основы недавнего эксперимента.

Рассмотрим двухуровневый атом, находящийся под воздействием внешнего поля, связывающего два его внутренних состояния. Его гамильтониан можно записать как

ЧАС знак равно ( п 2 2 м + В ) + U ,
где часть в скобках не связана с внутренним состоянием, а
U знак равно ℏ Ом 2 ( потому что ⁡ θ е − я ф грех ⁡ θ е я ф грех ⁡ θ − потому что ⁡ θ )
в основе возбужденного состояния { | грамм ⟩ , | е ⟩ } . В такой схеме Ом – частота Раби, определяющая силу связи; ф фаза лазера, используемого для соединения состояний; а также θ называется углом смешивания и определяет, действует ли связь больше как штарковский сдвиг (при θ знак равно 0 ), больше похоже на чистую связь (при θ знак равно π / 2 ), или где-то посередине. Различие между этими режимами зависит от расстройки атомного перехода и может меняться в зависимости от положения атома. р .

Игра здесь состоит в том, чтобы заставить атом двигаться достаточно медленно, чтобы он всегда оставался в основном состоянии индуцированного лазером атомного гамильтониана. U . Это первое из двух собственных состояний

| х 1 ⟩ знак равно ( потому что ⁡ ( θ / 2 ) е я ф грех ⁡ ( θ / 2 ) ) , | х 2 ⟩ знак равно ( − е − я ф грех ⁡ ( θ / 2 ) потому что ⁡ ( θ / 2 ) ) ,
которые зависят от положения р через параметры лазера θ а также ф . Если вы будете изменять эти параметры достаточно медленно, вы останетесь в том же собственном состоянии, в котором начали, без каких-либо неадиабатических переходов.

Точнее, потому что состояния | х Дж ⟩ являются основой, всегда можно записать волновую функцию атома как

| Ψ ( р , т ) ⟩ знак равно ⟨ р | Ψ ( т ) ⟩ знак равно ∑ Дж ψ Дж ( р , т ) | х Дж ( р ) ⟩ .
(Обратите внимание, что это внутреннее состояние, зависящее от положения, которое можно получить из полного состояния | Ψ ( т ) ⟩ путем проецирования на состояние позиции | р ⟩ .) Если разброс скоростей атома достаточно мал, он никогда не перейдет в | х 2 ⟩ и можно описать систему просто в терминах одного уравнения Шредингера для ψ 1 ( р , т ) .

Чтобы получить это уравнение, вы должны сначала строго работать с полным состоянием, а затем пренебречь возможностью переходов. Таким образом, если вы действуете с импульсом п знак равно − я ℏ ∇ на компоненте ψ Дж ( р , т ) | х Дж ( р ) ⟩ , вы получите вклад от обоих факторов:

∇ [ ψ Дж ( р , т ) | х Дж ( р ) ⟩ ] знак равно ( ∇ ψ Дж ( р , т ) ) | х Дж ( р ) ⟩ + ψ Дж ( р , т ) ∇ р | х Дж ( р ) ⟩ .
Умножение слева на отношение полноты ∑ я | х я ⟩ ⟨ х я | , мы можем получить красивое выражение для действия импульса:
п ψ Дж ( р , т ) | х Дж ( р ) ⟩ знак равно ∑ я | х я ⟩ [ дельта я Дж п − А я Дж ] ψ Дж ( р , т ) ,
куда А я Дж знак равно я ℏ ⟨ х я | ∇ р | х Дж ⟩ это, вообще говоря, скорость, с которой могут происходить неадиабатические переходы. Снова расставив точки над оператором импульса, получим
п 2 ψ Дж ( р , т ) | х Дж ( р ) ⟩ знак равно ∑ л , я | х л ⟩ ( дельта л я п − А л я ) ( дельта я Дж п − А я Дж ) ψ Дж ( р , т ) ,
пока можно пренебречь термином в ∇ ⋅ А я Дж знак равно я ℏ ∇ ⋅ ⟨ х я | ∇ р х Дж ⟩ . Это соответствует утверждению, что изменение потенциала имеет отношение только к первому порядку при низких импульсах, охватываемых Ψ .

Тогда можно пренебречь возможностью переходов и просто игнорировать все члены, которые имеют | х 2 ⟩ в них. (А может и нет, и в этом случае вы можете вместо этого попытаться построить неабелевы калибровочные поля.) Если вы сделаете это, все суммы исчезнут, и вы получите простое уравнение Шредингера.

я ℏ ∂ ψ 1 ∂ т знак равно [ 1 2 м ( п − А ) 2 + В + ℏ Ом 2 + Вт . ] ψ 1

Это уравнение по форме идентично уравнению одиночной частицы под действием старого потенциала В , «электростатический потенциал»

Вт знак равно ℏ 2 2 м | ⟨ х 2 | ∇ х 1 ⟩ | 2
который измеряет виртуальные переходы от | х 1 ⟩ к | х 2 ⟩ и обратно, а магнитное поле с векторным потенциалом
А знак равно я ℏ ⟨ х 1 | ∇ р | х 1 ⟩ .
Это магнитное поле будет ненулевым всякий раз, когда θ а также ф оба имеют значительную пространственную зависимость с неколлинеарными градиентами.

Самое главное, что это «магнитное поле» зависит от экспериментально контролируемых параметров через θ ( р ) а также ф ( р ) . Если можно построить достаточно умный эксперимент, «поле» Б , которое на самом деле является векторным полем

∇ × ⟨ х 1 | ∇ х 1 ⟩ ,
может проявлять монополярное поведение. Можно создать «связанные» монополи (т. е. разделенные конечной струной Дирака) или даже взять один из них из облака, чтобы сделать «настоящий» монополь Дирака, насколько это касается облака. Насколько я понимаю, это относится к недавнему эксперименту. Это, конечно, не означает, что какой-либо чистый реальный магнитный поток исходит от этого устройства.

В истинном магнитном монополе струна Дирака совершенно ненаблюдаема даже теоретически. Строка — это не реальная вещь, а всего лишь способ описания некоторых математических манипуляций. Здесь тоже так?
@SteveB Я не уверен, так ли это, но я склонен думать, что это не будет заметно.

Прочитав эту статью, я сломал себе голову, пытаясь найти идеальную аналогию. Достаточно сказать, что я потерпел неудачу, так что вот мой далеко не идеальный ответ.

Монополь, созданный и упомянутый в этой статье, не является настоящим монополем Дирака. Это не более реальный монополь, чем термовакуумная испытательная камера — космическое пространство. То есть это искусственно созданный объект, который проявляет большинство желательных свойств монополя Дирака, в частности свойства, над которыми многие ученые действительно хотят экспериментировать. Хотя я не физик элементарных частиц и мало работаю с теориями, связанными с монополиями, мне показалось, что монополия локализована; не было чистого потока магнитного поля в лабораторию или из нее. Вместо этого они часто ссылаются на то, что оно является монополярным в рамках производного синтетического магнитного поля, а не истинного магнитного поля, как указал Джинави в комментариях.

Тем не менее, это все еще большой прорыв. Это означает, что у ученых есть возможность создать в лаборатории что-то, что при использовании в определенных экспериментах будет вести себя так же, как мы ожидаем, что настоящий монополь Дирака будет вести себя.

Редактировать:

Я, вероятно, должен был указать, что они описывают создание только одного типа полюсов за раз (в частности, северных полюсов, я полагаю), поэтому, если бы они были настоящими монополями, был бы чистый поток магнитного поля в/из лаборатории. .

Почему это серьезный прорыв?
@MitchellPorter, проводящий эксперименты над чем-то, что имитирует свойства монополя Дирака (даже если только в синтетическом магнитном поле), по-прежнему даст нам глубокое представление о настоящих монополях Дирака, что может помочь нам определить, как их сделать, где их найти или если бы они вообще существовали в природе. Среди множества других возможных применений. Это, по крайней мере для меня, представляет собой прорыв

Это не монополь, это просто артефакт. Обратите внимание, что любое добавление диполярных вкладов магнитного поля (спин, катушки, магниты…) должно быть диполярным или магнитным полем более высокого порядка, оно ни в коем случае не может быть монополярным. Другими словами, невозможно построить монополярное поле как суперпозицию диполярных (или более высоких порядков) вкладов. Артефакт, который авторы называют монополем Дирака, таковым не является. Это просто набор атомных спинов, которые меняют направление при вращении внешнего поля. С каждым спиновым магнитом тесно связаны магнитные замкнутые силовые линии, которые автор не рисовал. Может быть, есть необходимость публиковать статьи под такого рода газетами?

Добро пожаловать в физику.SE! Вы написали: "в любом случае он мог быть монополярным" Я думаю, Вы имели в виду, что он ни в коем случае не мог быть монополярным.
Да, извини. Невозможно построить монополярное поле как суперпозицию диполярных (или более высоких порядков) вкладов.
В этом случае вы должны отредактировать свой ответ, пожалуйста. Спасибо.
Я не думаю, что вы внимательно изучили газету. Наблюдаемый на этот раз монополь не построен суперпозицией диполей. Это единственный сепарабельный монополь синтетического калибровочного поля.
Нет, я объясняю здесь более подробно свой комментарий. Таким образом невозможно построить настоящий магнитный монополь (чистый источник или сток В-линий силы). Авторы начинают с обычных точечных магнитов (диполей) и катушек (без точечных источников, с n-полюсами более высокого порядка). Как вы знаете, диполь компенсирует монополярный вклад, 4-полюсный компенсирует двухполюсный вклад и так далее. Вы можете вспомнить обычное многополярное расширение, которое встречается во всех книгах.
Разделимы ли недавно наблюдаемые монополи Дирака?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v