在合成磁场中观测到狄拉克磁单极子

磁单极子——表现为孤立北极或南极的粒子——自几百年前首次详细观测到磁现象以来，一直是推测的主题。继 Dirac 于 1931 年发展与量子力学及电磁场规范不变性均一致的磁单极子理论之后，随之而来的是大量的理论研究和迄今未成功的实验搜寻。即使存在单个狄拉克磁单极子，也会产生深远的物理后果，其中最著名的是解释电荷的量子化。尽管已在 exotic spin-ices 和其他系统中发现了磁单极子的类比物，但在由量子场（如超流氦 -3）描述的介质中，尚未直接观测到狄拉克磁单极子。在此，我们演示了在自旋玻色 - 爱因斯坦凝聚体产生的合成磁场中受控创造狄拉克磁单极子。在实验和匹配的数值模拟中，均在凝聚体内的涡旋线末端识别出磁单极子。通过直接对这样的涡旋线成像，仅从实验数据即可辨别磁单极子的存在。这些实空间图像提供了狄拉克磁单极子存在的确凿且期待已久的实验证据。我们的结果为在受控环境中观测和操纵这些量子力学实体提供了前所未有的机会。