首次观测到玻色-爱因斯坦凝聚体中的爱丽丝环

拓扑缺陷是一种在相变过程中出现的结构，它们反映了不同区域之间的相位不连续性。例如，当一个铁磁体从有序状态变为无序状态时，它会形成一些磁畴，每个磁畴内部的磁化方向都是一致的，但在不同磁畴之间可能有不同的取向。这样，在磁畴的边界处，就会出现一个磁壁，它是一种二维的拓扑缺陷。类似地，当一个超流体从正常状态变为超流状态时，它会形成一些涡旋，每个涡旋内部的相位都是围绕中心旋转的，但在不同涡旋之间可能有不同的相位差。这样，在涡旋的中心处，就会出现一个涡核，它是一种零维的拓扑缺陷。

拓扑缺陷有一个重要的特征，就是它们携带了一种叫做拓扑荷的量子数，这个量子数是由系统的对称性决定的，并且在连续变换下是不变的。例如，磁壁携带了一种叫做磁荷的拓扑荷，它表示了两边磁畴之间的磁化方向差异；涡旋携带了一种叫做涡量的拓扑荷，它表示了两边涡旋之间的相位差异。拓扑荷可以用来刻画拓扑缺陷的类型和数量，并且在系统演化过程中是守恒的。

那么什么是爱丽丝环呢？爱丽丝环是一种特殊的涡旋环，在它内部有一个不同于外部的相位。这个相位可以看作是一个单极子，也就是一个只有一个极性的磁源。单极子是一种非常稀有和神秘的物理对象，在自然界中还没有被发现过。但在某些理论模型中，单极子可以作为基本粒子存在，并且可以和其他粒子相互作用。其中最有趣的一种相互作用就是爱丽丝效应，它指的是当一个单极子穿过一个爱丽丝环时，它会变成一个反单极子，也就是一个和原来相反极性的磁源。这就好像爱丽丝穿过了镜子一样，她变成了镜中爱丽丝。

爱丽丝环在某些统一场论中被预言存在，并且被认为和宇宙早期相变有关。但在实验上观察到爱丽丝环是非常困难的，因为单极子在连续场中是很少见的。然而，在一篇论文中，作者利用了一种叫做玻色-爱因斯坦凝聚体的系统，成功地创造和观察了爱丽丝环。