الجسيمات الأساسية على غرار شعاع الضوء

نجح العلماء في جامعة برمنغهام في إنشاء نموذج تجريبي لنوع بعيد المنال من الجسيمات الأساسية يسمى Skyrmion في شعاع من الضوء.

يوفر هذا الاختراق للفيزيائيين نظامًا حقيقيًا يوضح سلوك السماوات ، تم اقتراحه لأول مرة قبل 60 عامًا من قبل عالم الفيزياء الرياضية بجامعة برمنغهام ، البروفيسور توني سكيرم.

استخدمت فكرة Skyrme بنية المجالات في فضاء رباعي الأبعاد لضمان الطبيعة غير القابلة للتجزئة لجسيم Skyrmion في 3 أبعاد. صُممت السماء ثلاثية الأبعاد التي تشبه الجسيمات لتخبرنا عن الأصول المبكرة للكون ، أو عن فيزياء المواد الغريبة أو الذرات الباردة. ومع ذلك ، على الرغم من التحقيق فيها لأكثر من 50 عامًا ، إلا أنه نادرًا ما شوهدت السماء ثلاثية الأبعاد في التجارب. تركز أحدث الأبحاث في مجال Skyrmions على نظائرها ثنائية الأبعاد ، مما يدل على وعد بالتقنيات الجديدة.

في دراسة جديدة نشرت في اتصالات الطبيعة ، ال التعاون الدولي بين الباحثين في جامعة برمنغهام ولانكستر ومونستر (ألمانيا) وريكين (اليابان) أظهروا لأول مرة كيف يمكن قياس السماء في ثلاثة أبعاد.

قال البروفيسور مارك دينيس ، الذي قاد البحث: “لقد أثارت Skyrmions فضول علماء الفيزياء وتحدتهم لعقود عديدة. على الرغم من أننا نحقق تقدمًا جيدًا في التحقيق في Skyrmions في 2D ، فإننا نعيش في عالم ثلاثي الأبعاد. نحن بحاجة إلى نظام يمكنه نموذج السماء في جميع الحالات الممكنة بطريقة يمكن قياسها. أدركنا أن أ شعاع الضوء يمكن تسخيرها لهذا الغرض لأننا قادرون على التحكم في خصائصها عن كثب ، وبالتالي نستخدمها كمنصة لنمذجة السماء. من خلال هذا النهج ، يمكننا البدء في فهم هذه الأشياء حقًا وإدراك إمكاناتها العلمية “.

لإنشاء نموذجهم ، قام الدكتور دانيكا سوجيك والبروفيسور دينيس ، في كلية الفيزياء وعلم الفلك بالجامعة ، بإلقاء الوصف القياسي لـ ضوء، الاستقطاب (الاتجاه الذي تنتقل فيه موجات الضوء) والطور (موضع اهتزاز موجات الضوء) من حيث الكرة في الفضاء رباعي الأبعاد ، وهو أمر حاسم في رؤية Skyrme الأصلية. سمح ذلك بعد ذلك بتصميم حقل Skyrmion وهندسته في شعاع من ضوء الليزر في تجربة بقيادة البروفيسور كورنيليا دينز ، جامعة مونستر. استخدم الفريق قياسات متطورة لتحديد الهيكل الدقيق للسماء.

قال الدكتور سوجيك: “هذه الأشياء في الواقع معقدة للغاية ، من وجهة نظر هندسية”. “إنها تشبه نظامًا معقدًا من الحلقات المتشابكة ، حيث تشكل الكل بنية شبيهة بالجسيمات. الأمر المثير للاهتمام بشكل خاص هو skyrmionالخصائص الطوبولوجية – يمكن تشويهها أو شدها أو عصرها ، لكنها لن تتفكك. هذه القوة هي إحدى الخصائص التي يهتم العلماء أكثر باستغلالها “.