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| Partícula de Skyrmion modelada en luz. Crédito: Universidad de Birmingham |
En un nuevo estudio, los científicos han descubierto un sistema real para demostrar el comportamiento de los skyrmions. Han dado con un modelo de una elusiva partícula fundamental llamada skyrmion en un haz de luz.
Hace sesenta años, el profesor Tony Skyrme, físico matemático de la Universidad de Birmingham, desarrolló un sistema para demostrar el comportamiento del skyrmion. Su sistema utilizaba la estructura de las esferas en el espacio de 4 dimensiones para garantizar la naturaleza indivisible de este tipo de partícula fundamental esquiva en 3 dimensiones.
Los estados topológicos tridimensionales (3D) se asemejan a objetos verdaderamente localizados, similares a partículas, en el espacio físico. Incluso han atraído la atención de los científicos como texturas exóticas en la física de partículas, la cosmología, los superfluidos y muchos otros sistemas.
Los skyrmions 3D similares a partículas se han investigado durante más de 50 años. Sin embargo, a pesar de este hecho, los skyrmions 3D se han visto muy raramente en los experimentos. La mayor parte de las investigaciones actuales sobre skyrmions se centran en análogos en 2D, lo que resulta prometedor para las nuevas tecnologías.
En este nuevo estudio, los científicos han demostrado por primera vez cómo se pueden medir los skyrmions en tres dimensiones.
Crean el modelo basándose en la descripción estándar de la luz -la polarización y la fase- en términos de una esfera en un espacio de cuatro dimensiones, crucial para la visión original de Skyrme. Esto les permitió diseñar y crear el campo de Skyrmion en un haz de luz láser. Mediante mediciones avanzadas, determinaron la estructura precisa del Skyrmion.
La Dra. Danica Sugic, de la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Birmingham, declaró: "Estos objetos son bastante intrincados, desde el punto de vista geométrico. Se asemejan a un complejo sistema de anillos entrelazados, cuyo conjunto forma una estructura similar a la de las partículas. Lo que resulta especialmente interesante son las propiedades topológicas de los Skyrmion: pueden distorsionarse, estirarse o apretarse, pero no se deshacen. Esta robustez es una de las propiedades que más interesa a los científicos explotar".
El profesor Mark Dennis, que dirigió la investigación, dijo: "Los Skyrmions han intrigado y desafiado a los físicos durante muchas décadas. Aunque estamos avanzando mucho en la investigación de los skyrmions en 2D, vivimos en un mundo 3D. Necesitamos un sistema que pueda modelar un skyrmion en todos sus posibles estados de forma que pueda ser medido. Nos dimos cuenta de que un rayo de luz podía aprovecharse para este fin porque podemos controlar de cerca sus propiedades y así utilizarlo como plataforma para modelar nuestros skyrmions. Con este enfoque, podemos empezar a entender estos objetos y realizar su potencial científico de verdad".
Fuentes, créditos y referencias:
Sugic, D., Droop, R., Otte, E. et al. Particle-like topologies in light. Nat Commun 12, 6785 (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-26171-5