Ученые создали модель скирмиона в световом луче, подтвердив 60-летнюю теоретическую частицу

Ученые Бирмингемского университета преуспели в создании экспериментальной модели загадочного вида фундаментальной частицы, называемой скирмион, в луче света. Прорыв предоставляет физикам реальную систему, демонстрирующую поведение скирмионов, впервые предложенных 60 лет назад профессором Тони Скайром, математическим физиком Бирмингемского университета.

Идея Скайра использовала структуру сфер в 4-мерном пространстве для гарантии неделимой природы частицы скирмиона в 3 измерениях. 3D частицеподобные скирмионы теоретически могут рассказать нам о ранних origines Вселенной или о физике экзотических материалов или холодных атомов. Однако, несмотря на изучение более 50 лет, 3D скирмионы были увидены в экспериментах очень редко. Большинство текущих исследований скирмионов фокусируется на 2D аналогах, которые показывают обещание для новых технологий.

В новом исследовании международное сотрудничество среди исследователей Бирмингемского университета, Ланкастера, Мюнстера (Германия) и RIKEN (Япония) впервые продемонстрировало, как скирмионы могут быть измерены в трех измерениях. Профессор Марк Деннис, возглавивший исследование, сказал: «Скирмионы интриговали и вызывали вызов физиков в течение многих десятилетий. Хотя мы делаем хороший прогресс в изучении скирмионов в 2D, мы живем в 3D мире. Нам нужна система, которая может смоделировать скирмион во всех его возможных состояниях способом, который мог бы быть измерен. Мы поняли, что луч света может быть использован для этой цели, потому что мы можем точно контролировать его свойства, и так использовать его как платформу для моделирования наших скирмионов. С этим подходом мы можем начать по-настоящему понимать эти объекты и реализовывать их научный потенциал».

Для создания своей модели доктор Даника Сугич и профессор Деннис в Школе физики и астрономии университета переформулировали стандартное описание света, поляризацию (направление, в котором движутся световые волны) и фазу (позицию вибрации световых волн) в терминах сферы в 4-мерном пространстве, ключевой для оригинального видения Скайра. Это затем позволило скирмионное поле спроектировать и спроектировать в луч лазерного света в эксперименте, возглавленном профессором Корнелией Денц, Мюнстерского университета. Команда использовала передовой измерения для определения точной структуры скирмиона.

«Эти объекты на самом деле довольно сложны с геометрической точки зрения», сказала д-р Сугич. «Они напоминают сложную систему переплетающихся колец, с целым, формирующим частицеподобную структуру. Особенно интересно топологические свойства скирмиона — их можно искажать, растягивать или сжимать, но они не распадаются. Эта устойчивость — одно из свойств, которые ученые больше всего заинтересованы в эксплуатации».