Científicos Crean Modelo de Skyrmion en Haz de Luz, Validando Partícula Teórica de 60 Años

Científicos de la Universidad de Birmingham han logrado crear un modelo experimental de un tipo elusivo de partícula fundamental llamada skyrmion en un haz de luz. El avance proporciona a los físicos un sistema real que demuestra el comportamiento de los skyrmions, propuestos por primera vez hace 60 años por un físico matemático de la Universidad de Birmingham, el profesor Tony Skyrme.

La idea de Skyrme utilizaba la estructura de esferas en un espacio de 4 dimensiones para garantizar la naturaleza indivisible de una partícula skyrmion en 3 dimensiones. Se teoriza que los skyrmions 3D similares a partículas nos hablan sobre los orígenes tempranos del Universo, o sobre la física de materiales exóticos o átomos fríos. Sin embargo, a pesar de ser investigados durante más de 50 años, los skyrmions 3D se han visto muy raramente en experimentos. La investigación más actual sobre skyrmions se centra en análogos 2D, que muestran promesa para nuevas tecnologías.

En un nuevo estudio, la colaboración internacional entre investigadores de la Universidad de Birmingham, Lancaster, Münster (Alemania) y RIKEN (Japón) ha demostrado por primera vez cómo los skyrmions pueden medirse en tres dimensiones. El profesor Mark Dennis, quien lideró la investigación, dijo: “Los skyrmions han intrigado y desafiado a los físicos durante muchas décadas. Aunque estamos progresando bien investigando skyrmions en 2D, vivimos en un mundo 3D. Necesitamos un sistema que pueda modelar un skyrmion en todos sus estados posibles de una manera que pueda medirse. Nos dimos cuenta de que un haz de luz podía aprovecharse para este propósito porque podemos controlar de cerca sus propiedades, y así usarlo como plataforma para modelar nuestros skyrmions. Con este enfoque, podemos comenzar a comprender verdaderamente estos objetos y realizar su potencial científico.”

Para crear su modelo, la Dra. Danica Sugic y el profesor Dennis, en la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad, reformularon la descripción estándar de la luz, la polarización (dirección en la que viajan las ondas de luz) y la fase (la posición de la vibración de las ondas de luz) en términos de una esfera en un espacio de 4 dimensiones, crucial para la visión original de Skyrme. Esto permitió diseñar e ingeniar el campo de Skyrmion en un haz de luz láser en un experimento liderado por la profesora Cornelia Denz, de la Universidad de Münster. El equipo utilizó mediciones de vanguardia para determinar la estructura precisa del skyrmion.

“Estos objetos son en realidad bastante intrincados, desde un punto de vista geométrico”, dijo la Dra. Sugic. “Se asemejan a un complejo sistema de anillos entrelazados, con el conjunto formando una estructura similar a una partícula. Lo que es particularmente interesante son las propiedades topológicas del skyrmion: pueden distorsionarse, estirarse o comprimirse, pero no se deshacen. Esta robustez es una de las propiedades que los científicos están más interesados en explotar.”