Ученые из Бирмингемского университета создали скирмион, модель бесструктурной элементарной частицы в луче света. Они использовали структуру сфер в четырехмерном пространстве, чтобы показать скирмион в трех измерениях. Скирмион — это математическая модель в физике элементарных частиц, применяемая для моделирования барионов, сильно взаимодействующих фермионов, состоящих из трех кварков.

Команда использовала самые современные измерения, чтобы определить точную структуру скирмиона: описание света, поляризации (направление, в котором распространяются световые волны) и фазы (положение вибрации световых волн) в четырехмерном пространстве. Затем они спроектировали поле скирмиона и луч лазерного света.

Скирмионы интриговали и бросали вызов физикам на протяжении многих десятилетий. Хотя мы добились прогресса в исследовании скирмионов в 2D, мы живем в 3D-мире. Нам нужна система, которая может моделировать скирмион во всех его возможных состояниях таким образом, чтобы его можно было измерить. Мы поняли, что для этого подходит луч света, потому что мы можем контролировать его свойства и использовать его в качестве платформы для моделирования наших скирмионов. При таком подходе мы сможем понимать эти объекты и использовать их научный потенциал, – Марк Деннис, ведущий автор исследовани.

Эти объекты сложны с геометрической точки зрения. Они напоминают сложную систему взаимосвязанных колец, образующих частицеобразную структуру. Интересны топологические свойства скирмиона — они могут быть искажены, растянуты или сжаты, но затем обязательно вернутся к исходному состоянию. Эта надежность — одно из свойств, в котором ученые больше всего заинтересованы, чтобы в дальнейшем его использовать. Такие модели помогают в изучении раннего происхождения Вселенной, физике экзотических материалов или холодных атомов.

Впервые систему, демонстрирующую поведение скирмионов, 60 лет назад предложил физик Бирмингемского университета Тони Скирм.