复旦校友陈墨团队Science，找到宇宙中最神秘的粒子
FUTURE | 远见 闵青云 选编
近日，麻省理工学院Paola Cappellaro团队在Science发表题为「A synthetic monopole source of Kalb-Ramond field in diamond」的研究论文，该研究报告了由金刚石中单个固态缺陷的自旋自由度定义的四维参数空间中张量磁单极子的合成。论文第一作者为陈墨（本科毕业于复旦大学）和Li changhao（西安交大毕业生），值得一提的是，在作者栏，陈墨博士的名字赫然显示中英文署名。
磁单极子在从电磁学到拓扑物质的物理领域中发挥着核心作用。弦理论将电动力学的传统矢量规范场提升为张量规范场，并预测了更多奇异张量磁单极子的存在。
使用两种互补的方法，该研究通过测量其量子化拓扑电荷及其发出的 Kalb-Ramond 场来表征张量磁单极子。通过引入一个打破手征对称性的虚构外部场，该研究进一步观察到了一个有趣的光谱跃迁，其特征是受镜像对称性保护的光谱环。该研究工作证明了模拟受弦理论启发的奇异拓扑结构的可能性。
合成张量单极子的参数调制
目前对基本物理现象的理解依赖于两个主要支柱：广义相对论和量子场论。然而，它们的相互不相容性对所有基本相互作用的统一理论的形成构成了严重的限制。弦理论提出了一种强大而优雅的形式主义来统一引力和量子现象，为量子引力提供了一条具体的途径。
在这种情况下，传统的点状粒子被扩展对象取代，例如闭合和开放的弦，并且传统的矢量规范场被提升为张量 Kalb-Ramond (KR) 规范场。与狄拉克单极子直接类比，张量规范场可以从称为张量单极子的点状缺陷发出。在四个空间维度中，张量磁单极子电荷根据拓扑 Dixmier-Douady (DD) 不变量进行量化，该不变量概括了与狄拉克单极子相关的陈数（Chern number）。
陈墨博士，Paola Cappellaro教授和Li changhao博士
在高能物理实验中仍然缺乏磁单极子的实验证据。然而，最近在超冷物质中发现了与有效规范场相关的合成单极子。此外，动量空间单极子在拓扑物质中起着核心作用，例如在表征三维 (3D) Weyl半金属方面。最近，张量磁单极子和 DD 不变量的概念被证明出现在 3D 手性拓扑绝缘体和高阶拓扑绝缘体中。
由外场触发的光谱跃迁 | 图源自Science
该研究报告了由金刚石中单个固态缺陷的自旋自由度定义的四维参数空间中张量磁单极子的合成。 使用两种互补的方法，该研究通过测量其量子化拓扑电荷及其发出的 Kalb-Ramond 场来表征张量磁单极子。 通过引入一个打破手征对称性的虚构外部场，该研究进一步观察到了一个有趣的光谱跃迁，其特征是受镜像对称性保护的光谱环。 该研究工作证明了模拟受弦理论启发的奇异拓扑结构的可能性。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abe6437
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