Imanes ya sea en forma de barra, herradura o electroimán, siempre tenga dos polos. Si rompes un imán por la mitad, terminarás con dos nuevos imanes, cada uno con su propio norte y sur magnético.

Pero algunas teorías de la física predicen la existencia de imanes unipolares, una situación similar a las cargas eléctricas, que vienen en trozos positivos o negativos. Una encarnación en particular, llamada monopolo Yang en honor a su descubridor, se predijo originalmente en el contexto de la física de altas energías, pero nunca se ha observado.

Ahora, un equipo de JQI dirigido por el investigador postdoctoral Seiji Sugawa y el becario de JQI Ian Spielman han logrado emular un monopolo Yang con un gas ultrafrío de átomos de rubidio. El resultado, que proporciona otro ejemplo del uso de gases cuánticos fríos para simular otras áreas de la física, se informó en la edición del 29 de junio de Ciencias .

"Este nuevo resultado vincula las ideas nacidas en la física de altas energías, el monopolo Yang, con los conceptos de la física de la materia condensada, transiciones de fase topológica, y las materializa en el laboratorio de física atómica. "Dice Spielman.

Para detectar los monopolos Yang en su gas cuántico, Spielman, Sugawa y sus colaboradores manipularon las agujas de la brújula interna que llevan todos los átomos, una propiedad cuántica llamada espín, utilizando ondas de radio y microondas para rotar las agujas de formas específicas. Al ciclar los átomos entre cuatro orientaciones de espín diferentes, los investigadores pudieron enviar los átomos en un viaje a través del "espacio giratorio" y llevarlos de regreso al lugar donde comenzaron, muy parecido a un viajero en la superficie de la Tierra que da la vuelta al globo (pero en cuatro dimensiones en lugar de las dos del globo) .

El equipo midió la orientación de los giros de los átomos después de completar su viaje y comparó el resultado con sus orientaciones iniciales. Descubrieron que los giros de los átomos no volvían a donde empezaron, una discrepancia que puede surgir durante un viaje por un espacio curvo. En este caso, el tamaño y la dirección de la desviación coincidieron con las predicciones de la curvatura creada por un monopolo Yang.

Para probar que las desviaciones se debieron al monopolo y no a otra fuente, los investigadores enviaron los átomos en un viaje diferente, uno que intentaba evitar la singularidad de flexión del espacio creada por el monopolo. En este nuevo camino los átomos ya no sentían un tirón general de la curvatura, una fuerte indicación de que habían salido del reino de influencia del monopolo.

La activación y desactivación de los efectos del monopolo depende únicamente de la forma general de las trayectorias que toman los átomos y no de las pequeñas oscilaciones a lo largo del camino, una indicación de que el efecto es topológico. Los caminos encierran un monopolo o no, y esto proporciona una característica topológica que podría conducir a nuevos tipos de bombas de carga cuántica, Dice Spielman.