Los físicos teóricos introducen rutinariamente partículas y campos ficticios en sus cálculos, con el fin de completar una teoría o simplemente para hacerla más elegante. Un ejemplo sorprendente se refiere al monopolo magnético imaginado por Dirac en 1931:una fuente de campo magnético en forma de punto, que está ausente en el electromagnetismo clásico. Si bien el monopolo de Dirac nunca se observó en la naturaleza, aparece artificialmente en varios entornos físicos, en particular, en estado sólido.

En 2018, Giandomenico Palumbo y Nathan Goldman (Facultad de Ciencias, ULB) propusieron un esquema experimental mediante el cual se pueden crear y observar en el laboratorio monopolos "tensores" exóticos, inicialmente introducidos en la teoría de cuerdas. Estos monopolos de tensor son fuentes puntuales de campos magnéticos generalizados (conocidos como campos de Kalb-Ramond) que viven en un espacio de cuatro dimensiones, y aparecen naturalmente en el marco matemático de la teoría de cuerdas. El resultado central de Palumbo-Goldman, publicado en Physical Review Letters en 2018, es que los monopolos tensoriales se pueden crear artificialmente mediante la manipulación de un sistema cuántico simple, como un átomo de tres niveles acoplado por láser.

En una nueva publicación en Science , el equipo de Paola Cappellaro (MIT) describe la implementación experimental del modelo Palumbo-Goldman, así como la observación y caracterización del monopolo tensorial asociado. En este experimento, el equipo manipula un átomo artificial creado por un defecto en el diamante (un centro de nitrógeno vacante o centro NV). Usando esta configuración cuántica altamente controlable, los experimentadores prepararon el monopolo sintético, midieron el campo de Kalb-Ramond que emanaba y determinaron la carga cuantificada del monopolo (un número entero establecido por topología).

Este trabajo ilustra cómo se puede explotar un simulador cuántico para estudiar estructuras físicas abstractas y complejas, introducidas inicialmente en el contexto de la física matemática. + Explora más

Se observa la destrucción de un monopolo cuántico