Ímãs, seja na forma de uma barra, ferradura ou eletroímã, sempre tem dois pólos. Se você quebrar um ímã ao meio, você vai acabar com dois novos ímãs, cada um com seu próprio norte e sul magnéticos.

Mas algumas teorias da física prevêem a existência de ímãs unipolares - uma situação semelhante a cargas elétricas, que vêm em blocos positivos ou negativos. Uma encarnação em particular - chamada de monopolo Yang em homenagem a seu descobridor - foi originalmente prevista no contexto da física de alta energia, mas nunca foi observado.

Agora, uma equipe da JQI liderada pelo pesquisador de pós-doutorado Seiji Sugawa e o Fellow da JQI Ian Spielman conseguiram emular um monopolo Yang com um gás ultracold de átomos de rubídio. O resultado, que fornece outro exemplo do uso de gases quânticos frios para simular outras áreas da física, foi relatado na edição de 29 de junho de Ciência .

"Este novo resultado une ideias nascidas na física de alta energia - o monopolo Yang - com conceitos na física da matéria condensada - transições de fase topológica - e as realiza no laboratório de física atômica, "Spielman diz.

Para detectar os monopólos Yang em seu gás quântico, Spielman, Sugawa e seus colegas de trabalho manipularam as agulhas internas da bússola que todos os átomos carregam - uma propriedade quântica chamada spin - usando ondas de rádio e microondas para girar as agulhas de maneiras específicas. Ciclando os átomos entre quatro orientações de spin diferentes, os pesquisadores foram capazes de enviar os átomos em uma viagem através do "espaço giratório" e trazê-los de volta ao ponto de partida - muito parecido com um viajante na superfície da Terra fazendo uma viagem ao redor do globo (mas em quatro dimensões em vez das duas do globo) .

A equipe mediu a orientação dos spins dos átomos depois que eles completaram sua jornada e comparou o resultado com suas orientações iniciais. Eles descobriram que os spins dos átomos não voltaram ao ponto de partida, uma discrepância que pode surgir durante uma viagem pelo espaço curvo. Nesse caso, o tamanho e a direção da deflexão correspondem às previsões para a curvatura criada por um monopolo Yang.

Para testar se as deflexões foram de fato devido ao monopolo e não a outra fonte, pesquisadores enviaram os átomos em uma jornada diferente, um que tentava evitar a singularidade que dobra o espaço criada pelo monopolo. Neste novo caminho, os átomos não sentiam mais um puxão geral da curvatura, uma forte indicação de que eles haviam saído do reino de influência do monopolo.

Ativar e desativar os efeitos do monopolo depende apenas da forma geral dos caminhos que os átomos percorrem e não de pequenas oscilações ao longo do caminho - uma indicação de que o efeito é topológico. Os caminhos encerram um monopolo ou não, e isso fornece um recurso topológico que pode levar a novos tipos de bombas de carga quântica, Spielman diz.