量子物理学领域充满了通往诱人新研究领域的道路，但兔子洞提供了一个独特的有利位置，可以通过众所周知的镜子，了解粒子行为不同的世界。

这个物体因刘易斯·卡罗尔在《爱丽丝梦游仙境》中所写的世界著名故事而被称为“爱丽丝环”，它的出现验证了几十年前关于单极子如何衰变的理论。具体来说，它们衰变成环形涡旋，任何其他穿过其中心的单极子都会翻转成相反的磁荷。

这些发现于 8 月 29 日发表在《自然通讯》杂志上，标志着阿尔托大学教授 Mikko Möttönen 和阿默斯特学院教授 David Hall 合作职业生涯中一系列工作中的最新发现。

“这是我们第一次合作在自然界中创造出爱丽丝环，这是一项巨大的成就，”莫托宁说。

霍尔补充说：“这项基础研究为理解粒子物理中的这些结构及其类似物如何在宇宙中发挥作用打开了新的大门。”

这一名为“磁单极子合作”的长期合作关系最初于 2014 年证明了磁单极子的量子类似物的存在，于2015 年分离出量子单极子，并最终于 2017 年观察到一种衰变为另一种。

单极子在量子物理学领域仍然是一个难以捉摸的概念。顾名思义，单极子是偶极子的孤立对应物，偶极子在北极带正电荷，在南极带负电荷。相反，单极子仅带有正电荷或负电荷。

虽然这个概念听起来很简单，但事实证明，实现真正的单极子是一项决定职业生涯的任务。Monopole Collaboration 是这样实现的：他们操纵了在接近绝对零温度的非磁性状态下制备的铷原子气体。在这些极端条件下，他们能够通过将三维磁场的零点引导到量子气体中来创建单极子。

奠定理论基础

这些量子单极子本质上是短暂的，在产生后几毫秒内就会衰变。正是在这种不稳定性中，爱丽丝环得以形成。

“把单极子想象成一个在山顶上摇摇欲坠的鸡蛋，”莫托宁说。“最轻微的扰动都会使它崩溃。同样，单极子也会受到噪声的影响，从而触发它们衰变成爱丽丝环。

虽然单极子的寿命很短，但研究小组模拟了长达 84 毫秒的稳定爱丽丝环，比单极子的寿命长了 20 多倍。这使得研究人员乐观地认为，未来的实验将揭示爱丽丝环的更多奇特特性。

霍尔说：“从远处看，爱丽丝环看起来就像一个单极子，但当透过环的中心观察时，世界会呈现出不同的形状。”

莫特宁补充道：“从这个角度来看，一切似乎都是镜像的，就好像这个环是通往反物质世界而不是物质世界的大门。”

理论上，穿过爱丽丝环中心的单极子将转变为带相反电荷的反单极子。相应地，爱丽丝戒指的电荷也会发生变化。虽然这种现象尚未在实验中观察到，但莫特宁表示，爱丽丝环的拓扑结构使得这种行为成为必要。

实验工作主要由阿默斯特学院的博士生 Alina Blinova 和 Hall 进行，而 Möttönen 和他的团队则负责运行匹配模拟。这样，两个团队就能够确认对实验观察结果的解释。

布利诺瓦说：“能有这样一个重大发现作为我的博士论文的结局，真是太神奇了。”