광선으로 모델링된 기본 입자

버밍엄 대학(University of Birmingham)의 과학자들은 광선 속의 스커미온(skyrmion)이라고 하는 이해하기 어려운 종류의 기본 입자의 실험 모델을 만드는 데 성공했습니다. 이 돌파구는 물리학자들에게 60년 전 버밍엄 대학의 수학 물리학자인 Tony Skyrme 교수가 처음 제안한 스커미온의 행동을 보여주는 실제 시스템을 제공합니다.

Skyrme의 아이디어는 4차원 공간에서 구의 구조를 사용하여 3차원에서 스카이르미온 입자의 나눌 수 없는 특성을 보장합니다. 3D 입자와 같은 스커미온은 우주의 초기 기원이나 이국적인 물질이나 차가운 원자의 물리학에 대해 알려주기 위해 이론화되었습니다. 그러나 50년이 넘는 기간 동안 조사되었음에도 불구하고 3D 스커미온은 실험에서 매우 드물게 나타났습니다. skyrmions에 대한 가장 최근의 연구는 새로운 기술에 대한 가능성을 보여주는 2D 아날로그에 초점을 맞추고 있습니다.

새로운 연구에서 버밍엄 대학, Lancaster, Münster(독일) 및 RIKEN(일본)의 연구원들 간의 국제 협력은 어떻게 스커미온을 3차원으로 측정할 수 있는지 처음으로 보여주었습니다. 연구를 주도한 Mark Dennis 교수는 다음과 같이 말했습니다. 우리는 2D에서 스커미온을 조사하는 데 좋은 진전을 보이고 있지만 3D 세계에 살고 있습니다. 가능한 모든 상태에서 측정 가능한 방식으로 스커미온을 모델링할 수 있는 시스템이 필요합니다. 우리는 빛의 속성을 면밀히 제어할 수 있고 이를 통해 우리의 스카이미온을 모델링하는 플랫폼으로 사용할 수 있기 때문에 이러한 목적을 위해 빛의 광선을 이용할 수 있다는 것을 깨달았습니다. 이 접근 방식을 통해 우리는 이러한 물체를 진정으로 이해하고 과학적 잠재력을 실현하기 시작할 수 있습니다.”

그들의 모델을 만들기 위해 University's School of Physics and Astronomy의 Danica Sugic 박사와 Dennis 교수는 빛, 편광(광파가 진행하는 방향) 및 위상(광파 진동의 위치)에 대한 표준 설명을 제시했습니다. Skyrme의 원래 비전에 중요한 4차원 공간의 구체 측면에서. 이를 통해 뮌스터 대학교(University of Münster)의 코넬리아 덴츠(Cornelia Denz) 교수가 주도한 실험에서 Skyrmion 필드를 설계하고 레이저 광선으로 설계할 수 있었습니다. 팀은 최첨단 측정을 사용하여 스커미온의 정확한 구조를 결정했습니다.

Sugic 박사는 "이 물체는 기하학적 관점에서 볼 때 실제로 매우 복잡합니다. “그들은 서로 맞물리는 고리의 복잡한 시스템과 유사하며 전체가 입자와 같은 구조를 형성합니다. 특히 흥미로운 점은 스커미온의 위상 특성입니다. 왜곡되거나 늘어나거나 압착될 수 있지만 분해되지는 않습니다. 이 견고함은 과학자들이 활용하는 데 가장 관심이 있는 속성 중 하나입니다.”