Физики смоделировали скирмионы в луче света

0 365

Ученым из Бирмингемского университета удалось создать экспериментальную модель неуловимого вида фундаментальной частицы, называемой скирмионом, в луче света.

Этот прорыв предоставляет физикам реальную систему, демонстрирующую поведение скирмионов, впервые предложенную 60 лет назад физиком и математиком из Бирмингемского университета профессором Тони Скирмом.

Идея заключалась в использовании структуры сфер в 4-мерном пространстве, чтобы гарантировать неделимую природу скирмионной частицы в 3-х измерениях. Теоретически трехмерные скирмионы, похожие на частицы, могут рассказать о раннем происхождении Вселенной или о физике экзотических материалов. Однако, несмотря на то, что исследования ведутся более 50 лет, трехмерные скирмионы очень редко наблюдаются в экспериментах.

Самые последние исследования скирмионов сосредоточены на 2D-аналогах и показывают многообещающие перспективы для новых технологий.

В новом исследовании международное сотрудничество ученых из Университета Бирмингема, Ланкастера, Мюнстера (Германия) и RIKEN (Япония) впервые продемонстрировало, как скирмионы можно получить в трех измерениях.

Профессор Марк Деннис, руководивший исследованием, сказал: «Скирмионы заинтриговали физиков и бросали им вызов на протяжении многих десятилетий. Хотя мы добиваемся значительных успехов в исследованиях скирмионов в 2D, мы живем в трехмерном мире. Нам нужна система, которая может моделировать скирмион во всех его возможных состояниях способом, который можно было бы измерить. Мы поняли, что для этой цели можно использовать луч света, потому что мы можем тщательно контролировать его свойства и использовать его в качестве платформы для моделирования скирмионов — мы можем начать действительно понимать эти объекты и реализовать их научный потенциал».

Чтобы создать свою модель, исследователи создали стандартное описание света, поляризации (направление, в котором распространяются световые волны) и фазы (положение световых волн) в терминах сферы в 4-мерном пространстве, что имеет решающее значение для первоначального видения Тони Скирма.

Затем это позволило спроектировать поле скирмионов и превратить его в луч лазерного света в эксперименте под руководством профессора Корнелии Денц из Мюнстерского университета. Физики использовали новейшие измерения, чтобы определить точную структуру скирмиона.

«Эти объекты на самом деле довольно сложны с геометрической точки зрения», — говорят ученые.

«Они напоминают сложную систему взаимосвязанных колец, в которой целое образует структуру, подобную частице. Что особенно интересно, так это топологические свойства скирмиона — они могут искажаться, растягиваться или сжиматься, но они не распадаются. Эта надежность — одно из свойств, в использовании которого ученые больше всего заинтересованы».

Исследование было опубликовано в Nature Communications.

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x