Os físicos teóricos rotineiramente introduzem partículas e campos fictícios em seus cálculos, com o objetivo de completar uma teoria ou simplesmente para torná-la mais elegante. Um exemplo notável diz respeito ao monopolo magnético imaginado por Dirac em 1931:uma fonte pontual de campo magnético, que está ausente no eletromagnetismo clássico. Embora o monopolo de Dirac nunca tenha sido observado na natureza, ele aparece artificialmente em vários configurações físicas, em particular, no estado sólido.
Em 2018, Giandomenico Palumbo e Nathan Goldman (Faculdade de Ciências, ULB) propuseram um esquema experimental pelo qual monopolos "tensores" exóticos, inicialmente introduzidos na teoria das cordas, podem ser criados e observados em laboratório. Esses monopolos tensores são fontes pontuais de campos magnéticos generalizados (conhecidos como campos de Kalb-Ramond) que vivem em um espaço quadridimensional e aparecem naturalmente na estrutura matemática da teoria das cordas. O resultado central do Palumbo-Goldman, publicado nas Physical Review Letters em 2018, é que os monopolos tensores podem ser criados artificialmente pela manipulação de um sistema quântico simples, como um átomo de três níveis acoplado por lasers.

Em uma nova publicação em Science , a equipe de Paola Cappellaro (MIT) descreve a implementação experimental do modelo Palumbo-Goldman, bem como a observação e caracterização do tensor monopolo associado. Neste experimento, a equipe manipula um átomo artificial realizado por um defeito no diamante (um centro de vacância de nitrogênio ou centro NV). Usando essa configuração quântica altamente controlável, os experimentalistas prepararam o monopolo sintético, mediram o campo de Kalb-Ramond emanado e determinaram a carga quantizada do monopolo (um número inteiro definido pela topologia).

Este trabalho ilustra como um simulador quântico pode ser explorado para estudar estruturas físicas abstratas e complexas, inicialmente introduzidas no contexto da física matemática. + Explorar mais

Destruição de um monopolo quântico observado