Вченим з Бірмінгемського університету вдалося створити експериментальну модель невловимого виду фундаментальної частинки, званої скірміоном, в промені світла.
Цей прорив надає фізикам реальну систему, що демонструє поведінку скірміонів, вперше запропоновану 60 років тому фізиком і математиком з Бірмінгемського університету професором Тоні Скирмом.
Ідея полягала у використанні структури сфер у 4-мірному просторі, щоб гарантувати неподільну природу скирміонної частинки в 3-х вимірах. Теоретично тривимірні скірміони, схожі на частинки, можуть розповісти про раннє походження Всесвіту або про фізику екзотичних матеріалів. Однак, незважаючи на те, що дослідження ведуться більше 50 років, тривимірні скірміони дуже рідко спостерігаються в експериментах.
Останні дослідження скірміонів зосереджені на 2D-аналогах і показують багатообіцяючі перспективи для нових технологій.
У новому дослідженні міжнародне співробітництво вчених з Університету Бірмінгема, Ланкастера, Мюнстера (Німеччина) і RIKEN (Японія) вперше продемонструвало, як скірміони можна отримати в трьох вимірах.
Професор Марк Денніс, який керував дослідженням, сказав: "Скірміони заінтригували фізиків і кидали їм виклик протягом багатьох десятиліть. Хоча ми досягаємо значних успіхів у дослідженнях скірміонів в 2D, ми живемо в тривимірному світі. Нам потрібна система, яка може моделювати скірміон у всіх його можливих станах способом, який можна було б виміряти. Ми зрозуміли, що для цієї мети можна використовувати промінь світла, тому що ми можемо ретельно контролювати його властивості і використовувати його в якості платформи для моделювання скірміонів - ми можемо почати дійсно розуміти ці об'єкти і реалізувати їх науковий потенціал ".
Щоб створити свою модель, дослідники створили стандартний опис світла, поляризації (напрямок, в якому поширюються світлові хвилі) і фази (положення світлових хвиль) в термінах сфери в 4-мірному просторі, що має вирішальне значення для початкового бачення Тоні Скирма.
Потім це дозволило спроектувати поле скірміонів і перетворити його на промінь лазерного світла в експерименті під керівництвом професора Корнелії Денц з Мюнстерського університету. Фізики використовували новітні вимірювання, щоб визначити точну структуру скирміона.
«Ці об'єкти насправді досить складні з геометричної точки зору», - кажуть вчені.
"Вони нагадують складну систему взаємопов'язаних кілець, в якій ціле утворює структуру, подібну до частинки. Що особливо цікаво, так це топологічні властивості скирміона - вони можуть спотворюватися, розтягуватися або стискатися, але вони не розпадаються. Ця надійність - одна з властивостей, у використанні якої вчені найбільше зацікавлені ".
Дослідження було опубліковано в Nature Communications.