Fysiker Skapa “Shankar Skyrmion’ — Quasiparticle med Egenskaper klotblixt

0
60

Ett internationellt team av läkare från Amherst College och Aalto-Universitetet har skapat Shankar skyrmion, en quasiparticle består av en bockad konfiguration av atomens magnetiska moment, eller snurrar. Teoretiska fysiker förutspådde förekomsten av Shankar skyrmion mer än fyra årtionden sedan, men det här är första gången som en quasiparticle har observerats i ett experiment. Publicerad i tidskriften Science Förskott, teamets resultat kan inspirera till nya sätt att hålla plasma-intakt i en stabil bollen i fusionsreaktorer.

Konstnärligt intryck av en quantum bollen belysning. Image credit: Heikka Valja.

“Vår förståelse av dessa skyrmions har utvecklats under flera år, och det har tagit oss nästan lika länge igen för att hitta tillgängliga sätt att kommunicera våra resultat till en bredare vetenskapliga samhället,” co-lead author Professor David Hall, från Amherst College.

“Det är anmärkningsvärt att vi kunde skapa syntetiska elektromagnetiska knut, quantum ball lightning — i huvudsak med bara två counter-cirkulerande elektriska strömmar”, tillade co-bly författaren Dr. Mikko Möttönen, av Aalto-Universitetet.

“Alltså, det kan vara möjligt att en naturlig bollen belysning kan uppstå i en normal blixtnedslag.”

Fysikerna har skapat en miljö för skyrmion efter kylning en gas av rubidium atomer till tiotals miljarddelar grader över den absoluta nollpunkten i en atom kylskåp i sina labb.

“Experimentet är konceptuellt enkla, men fenomenet är både vacker och oerhört komplex, säger Professor Hall noteras.

“Quantum gas kyls ner till en mycket låg temperatur där det bildar ett Bose-Einstein kondensat: alla atomer i gasen hamnar i tillstånd av minst energi. Staten behöver inte bete sig som en vanlig gas längre, men som en enda gigantisk atom.”

För att skapa skyrmion, fysiker därefter appliceras en skräddarsydd magnetfält för att den underkylda gas, som påverkat inriktningen av de magnetiska momenten hos de ingående atomerna.

Den karakteristiska knutna struktur skyrmion vuxit fram efter mindre än en tusendel av en sekund.

“Anmärkningsvärt, skyrmion åtföljs av en knuten syntetiska magnetiska fält som starkt påverkar quantum gas,” Professor Hall sagt.

En sådan knutna magnetfält är en central del av en topologisk teori om klotblixt, som beskriver ett plasma av het gas magnetiskt inneslutna i den knutna området.

Enligt teorin, klotblixt kan pågå mycket längre än en vanlig blixt eftersom det är mycket svårt att knyta det magnetiska knut att gränserna plasma.

“Medan den varma plasma av klotblixt kan vara en miljon gånger hetare än ultracold gaser som vårt team arbetar, men vi fann det intressant att så olika fysiska sammanhang har gemensamma teman,” Professor Hall sagt.

“Mer forskning behövs för att veta huruvida det är också möjligt att skapa en riktig ball lightning med en metod av detta slag,” Dr. Möttönen läggas till.

“Ytterligare studier skulle kunna leda till att finna en lösning för att hålla plasma-tillsammans på ett effektivt och möjliggöra en mer stabil fusionsreaktorer än vad vi har nu.”

_____

Wonjae Lee et al. 2018. Syntetiska elektromagnetiska knut i en tre-dimensionell skyrmion. Vetenskap Förskott 4 (3): eaao3820; doi: 10.1126/sciadv.aao3820