用光束建模的基本粒子
伯明翰大学的科学家们成功地创建了一个实验模型，该模型是一种难以捉摸的基本粒子，称为光束中的斯格明子。这一突破为物理学家提供了一个展示斯格明子行为的真实系统，该系统于 60 年前由伯明翰大学的数学物理学家 Tony Skyrme 教授首次提出。
Skyrme 的想法是利用 4 维空间中的球体结构来保证 3 维空间中斯格明子粒子的不可分割性。理论上，3D 粒子状斯格明子可以告诉我们宇宙的早期起源，或者奇异材料或冷原子的物理学。然而，尽管研究了 50 多年，但在实验中很少看到 3D 斯格明子。目前对 skyrmions 的研究主要集中在 2D 类似物上，这显示了新技术的前景。
在一项新的研究中，伯明翰大学、兰开斯特、明斯特（德国）和 RIKEN（日本）的研究人员之间的国际合作首次展示了如何在三个维度上测量斯格明子。领导这项研究的 Mark Dennis 教授说：“几十年来，Skyrmions 一直吸引和挑战物理学家。尽管我们在 2D 中研究 skyrmions 取得了良好进展，但我们生活在 3D 世界中。我们需要一个系统，它可以以一种可以测量的方式对所有可能状态的斯格明子进行建模。我们意识到可以为此目的利用一束光，因为我们能够密切控制它的属性，因此将其用作模拟我们的斯格明子的平台。通过这种方法，我们可以开始真正了解这些物体并实现它们的科学潜力。”
为了创建他们的模型，大学物理与天文学学院的 Danica Sugic 博士和 Dennis 教授对光、偏振（光波传播的方向）和相位（光波振动的位置）进行了标准描述就 4 维空间中的球而言，这对 Skyrme 的原始愿景至关重要。然后，在明斯特大学的 Cornelia Denz 教授领导的一项实验中，这使得 Skyrmion 场能够被设计和设计成一束激光。该团队使用尖端测量来确定斯格明子的精确结构。
“从几何的角度来看，这些物体实际上非常复杂，”Sugic 博士说。 “它们类似于一个复杂的互锁环系统，整体形成一个颗粒状的结构。特别有趣的是斯格明子的拓扑特性——它们可以被扭曲、拉伸或挤压，但不会分开。这种稳健性是科学家最感兴趣的特性之一。”
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