如何在冷原子系统中模拟有效规范场, 从而实现中性原子的量子霍尔效应, 一直是超冷气体量子模拟中一个重要课题. 此前人们发现通过旋转一团束缚的超冷量子气体, 可以在中性原子中模拟等效磁场, 有望在该系统中实现量子霍尔效应. 然而, 由于转动所导致的离心力, 会使得原子团被抛离束缚势阱, 很难观测到所期望的物理效应.
鉴于此, 周正威等人提出了一种全新的在冷原子中模拟量子霍尔效应的方案. 分析发现, 在多分量冷原子气体中, 通过动力学调控现有的磁场强度, 可以在实空间中模拟一个等效的磁单极场; 再利用当前实验条件, 可以把冷原子团束缚到一个封闭的球面上.
这样的一个球心为有效磁单极的球面, 是诺贝尔奖得主霍丹为理解分数量子霍尔效应而提出的. 然而, 尽管当前几乎所有的大统一理论均预言了磁单极的存在, 在实验上却一直没有观测到磁单极存在的可信证据. 故此前认为, 霍丹的这一设想仅能作为一种求解问题的思路, 而难以在实验上实现. 周正威, 周祥发等人巧妙地利用现有条件, 构造出等效的磁单极场, 从而克服了上述困难, 为在实验平台上精确实现霍丹球面扫平了障碍.