Фізики вперше поспостерігали тривимірний оптичний скірміон у промені світла

Фізики вперше спостерігали тривимірний скірміон в пучці світла, що представляє собою суперпозицію ліво- і правополяризованих електромагнітних хвиль зі спеціально підібраними амплітудами і фазами. Вчені сподіваються, що дослідження оптичних скірміонів може допомогти краще зрозуміти динаміку аналогічних квазічастинок в хромодинаміці, космології раннього Всесвіту і фізиці конденсованого стану речовини. Дослідження опубліковано в.


Скірміон - це топологічно нетривіальна польова конфігурація, що є рішенням рівнянь руху деякої теорії поля. Ця конфігурація - це відображення фізичного простору в інший простір, форма і розмірність якого залежать від фізичної системи, описуваної теорією поля. Таке відображення характеризується цілим числом, званим у математиці ступенем відображення. З точки зору фізики скирміонів це число є зарядом, що зберігається при взаємодії скірміонів один з одним і з іншими частинками.


Скірміони існують у різних теоріях поля, що описують різні фізичні явища. Наприклад, тривимірні скірміони в низькоенергетичній хромодинаміці використовуються для опису барионів, а їх почесні аналоги часто зустрічаються у фізиці конденсованого стану речовини (1, 2, 3). Також вчені розглядають утворення скірміонів у ранньому Всесвіті як можливе пояснення аномалій у неоднорідності космічного мікрохвильового фону.

Група фізиків з Великобританії, Німеччини, США та Японії під керівництвом Марка Денніса (Mark Dennis) з Бірмінгемського університету та Брістольського університету вперше спостерігала оптичний тривимірний скірміон в промені світла. Для цього фізики згенерували суперпозицію ліво- і правополяризованих пучків електромагнітних хвиль, що рухаються в одному напрямку. Хвиля з циркулярною поляризацією характеризується двома параметрами, в якості яких можна взяти нормовані речову і уявну частини амплітуди. Ці пари параметрів для кожного з двох пучків світла були підібрані так, що в усьому обсязі, де створювався скірміон, зберігалася сума квадратів усіх чотирьох величин. Рівність суми чотирьох квадратів і константи являє собою рівняння, що визначає тривимірну сферу в чотиримірному просторі. Тобто конфігурація електромагнітного поля являла собою скірміон з простором, що є областю, в якій існувала суперпозиція електромагнітних хвиль, а простір - це тривимірна сфера.

Топологічний заряд скирміона виражається через параметри пучка, які експериментатори виміряли за допомогою методу об'ємної реконструкції поля. Отримана таким чином величина цього заряду виявилася рівна 0,945, що в рамках експериментальної похибки збігається з теоретично передбаченим значенням, рівним 1.

Фізики розраховують, що вивчення тривимірних оптичних скирміонів допоможе краще зрозуміти властивості аналогічних квазічастинок, що виникають в інших областях фізики, а також може мати прикладне значення в нанофотонику.

Раніше ми писали про те, як фізики вперше отримали тривимірні спинові скірміони в конденсаті Бозе - Ейнштейна.

COM_SPPAGEBUILDER_NO_ITEMS_FOUND