Credito:Pixabay/CC0 di dominio pubblico
I fisici teorici introducono regolarmente particelle e campi fittizi nei loro calcoli, in vista del completamento di una teoria o semplicemente per renderla più elegante. Un esempio lampante riguarda il monopolo magnetico immaginato da Dirac nel 1931:una sorgente puntiforme di campo magnetico, assente nell'elettromagnetismo classico. Sebbene il monopolio di Dirac non sia mai stato osservato in natura, appare artificialmente in vari ambienti fisici, in particolare allo stato solido.
Nel 2018 Giandomenico Palumbo e Nathan Goldman (Facoltà di scienze, ULB) hanno proposto uno schema sperimentale mediante il quale è possibile creare e osservare in laboratorio monopoli "tensoriali", inizialmente introdotti nella teoria delle stringhe. Questi monopoli tensoriali sono sorgenti puntiformi di campi magnetici generalizzati (noti come campi di Kalb-Ramond) che vivono in uno spazio quadridimensionale e appaiono naturalmente nel quadro matematico della teoria delle stringhe. Il risultato centrale di Palumbo-Goldman, pubblicato nelle Physical Review Letters nel 2018, è che i monopoli tensoriali possono essere creati artificialmente manipolando un semplice sistema quantistico, come un atomo a tre livelli accoppiato da laser.
In una nuova pubblicazione in Scienza , il team di Paola Cappellaro (MIT) descrive l'implementazione sperimentale del modello di Palumbo-Goldman, nonché l'osservazione e la caratterizzazione del monopolio tensoriale associato. In questo esperimento, il team manipola un atomo artificiale realizzato da un difetto nel diamante (un centro di posti vacanti di azoto o centro NV). Usando questa configurazione quantistica altamente controllabile, gli sperimentalisti hanno preparato il monopolio sintetico, misurato il campo di Kalb-Ramond emanante e determinato la carica quantizzata del monopolo (un intero impostato dalla topologia).
Questo lavoro illustra come utilizzare un simulatore quantistico in vista dello studio di strutture fisiche astratte e complesse, inizialmente introdotte nel contesto della fisica matematica. + Esplora ulteriormente
