Partículas fundamentais modeladas em feixe de luz

Cientistas da Universidade de Birmingham conseguiram criar um modelo experimental de um tipo indescritível de partícula fundamental chamada skyrmion em um feixe de luz. A descoberta fornece aos físicos um sistema real que demonstra o comportamento dos skyrmions, proposto pela primeira vez há 60 anos por um físico matemático da Universidade de Birmingham, o professor Tony Skyrme.

A ideia de Skyrme usou a estrutura de esferas no espaço de 4 dimensões para garantir a natureza indivisível de uma partícula de skyrmion em 3 dimensões. Skyrmions 3D semelhantes a partículas são teorizados para nos contar sobre as origens primitivas do Universo, ou sobre a física de materiais exóticos ou átomos frios. No entanto, apesar de serem investigados há mais de 50 anos, skyrmions 3D foram vistos muito raramente em experimentos. A pesquisa mais atual em skyrmions se concentra em análogos 2D, o que mostra a promessa de novas tecnologias.

Em um novo estudo, a colaboração internacional entre pesquisadores da Universidade de Birmingham, Lancaster, Münster (Alemanha) e RIKEN (Japão) demonstrou pela primeira vez como os skyrmions podem ser medidos em três dimensões. O professor Mark Dennis, que liderou a pesquisa, disse:“Skyrmions intrigam e desafiam os físicos há muitas décadas. Embora estejamos fazendo um bom progresso investigando skyrmions em 2D, vivemos em um mundo 3D. Precisamos de um sistema que possa modelar um skyrmion em todos os seus estados possíveis de uma forma que possa ser medida. Percebemos que um feixe de luz poderia ser aproveitado para esse propósito porque somos capazes de controlar de perto suas propriedades e, assim, usá-lo como plataforma para modelar nossos skyrmions. Com essa abordagem, podemos começar a entender verdadeiramente esses objetos e perceber seu potencial científico.”

Para criar seu modelo, a Dra. Danica Sugic e o professor Dennis, da Escola de Física e Astronomia da Universidade, lançaram a descrição padrão da luz, a polarização (direção na qual as ondas de luz viajam) e a fase (a posição da vibração das ondas de luz) em termos de uma esfera no espaço 4-dimensional, crucial para a visão original de Skyrme. Isso permitiu que o campo Skyrmion fosse projetado e projetado em um feixe de luz laser em um experimento liderado pela professora Cornelia Denz, da Universidade de Münster. A equipe usou medições de ponta para determinar a estrutura precisa do skyrmion.

“Esses objetos são realmente bastante intrincados, do ponto de vista geométrico”, disse o Dr. Sugic. “Eles se assemelham a um sistema complexo de anéis interligados, com o todo formando uma estrutura semelhante a partículas. O que é particularmente interessante são as propriedades topológicas do skyrmion - eles podem ser distorcidos, esticados ou espremidos, mas não se desfazem. Essa robustez é uma das propriedades que os cientistas estão mais interessados ​​em explorar.”