Natuurkundigen Maken ‘Shankar Skyrmion’ — Quasiparticle met Eigenschappen van bolbliksem

0
87

Een internationaal team van natuurkundigen van Amherst College en de Aalto Universiteit heeft het Shankar skyrmion, een quasiparticle bestaande uit een geknoopte configuratie van nucleaire magnetische momenten, of spins. Theoretische natuurkundigen voorspelde het bestaan van het Shankar skyrmion meer dan vier decennia geleden, maar dit is de eerste keer dat zo ‘ n quasiparticle is waargenomen in een experiment. Gepubliceerd in het tijdschrift Science van Voorschotten, het team van de resultaten kunnen inspireren tot nieuwe manieren van het houden van plasma intact in een stabiele bal in fusiereactoren.

Artistieke impressie van een quantum bal verlichting. Image credit: Heikka Valja.

“Ons begrip van deze skyrmions is in de loop van een aantal jaren, en het heeft ons bijna net zo lang weer te vinden toegankelijke manieren om te communiceren met onze resultaten aan de bredere wetenschappelijke gemeenschap”, zei co-lead-auteur Professor David Hall, van Amherst College.

“Het is opmerkelijk dat we konden maken van de synthetische elektromagnetische knoop — dat is, quantum ball lightning — wezen met slechts twee counter-circulerende elektrische stromen,” voegde co-lead auteur Dr. Mikko Möttönen, van de Aalto Universiteit.

“Zo, is het mogelijk dat een natuurlijke bal verlichting zou kunnen ontstaan in een normale blikseminslag.”

De natuurkundigen gemaakt van de omgeving voor de skyrmion na het koelen een gas van rubidium atomen in de tientallen miljardste graden boven het absolute nulpunt in een atomaire koelkast in hun lab.

“Het experiment is in principe eenvoudig, maar het verschijnsel is zowel mooi en opvallend complex, de” Professor Zaal opgemerkt.

“De quantum gas wordt afgekoeld tot een zeer lage temperatuur waar het vormen van een Bose-Einstein condensaat: alle atomen in het gas in de toestand van minimale energie. De staat gedraagt zich niet als een gewone gas meer, maar als één gigantische atoomkern.”

Voor het maken van de skyrmion, de natuurkundigen vervolgens toegepast op maat magnetisch veld om de onderkoelde gas, dat onder invloed van de oriëntatie van de magnetische momenten van de samenstellende atomen.

De karakteristieke geknoopte structuur van de skyrmion ontstaan na minder dan een duizendste van een seconde.

“Het is opmerkelijk dat de skyrmion wordt begeleid door een geknoopte synthetische magnetisch veld die een sterke invloed op de quantum gas” Professor aldus Hall.

Een dergelijke geknoopt magnetisch veld is een centraal kenmerk van een topologische theorie van bolbliksem, waarin beschreven staat hoe een plasma van heet gas magnetisch beperkt door de geknoopte veld.

Volgens de theorie, de bolbliksem kan veel langer duren dan een normale bliksemschicht, want het is heel moeilijk om los te maken de magnetische knoop die de grenzen van het plasma.

“Terwijl het hete plasma van bolbliksem misschien wel een miljoen keer heter dan de ultracold gassen met die ons team werkt, hebben we toch vond het interessant dat zulke uiteenlopende fysieke contexten delen van gemeenschappelijke thema’ s,” Professor aldus Hall.

“Meer onderzoek is nodig om te weet of deze wel of niet het is ook mogelijk om een echte bal bliksem met een methode van deze soort,” Dr. Möttönen toegevoegd.

“Verder onderzoek zou kunnen leiden tot het vinden van een oplossing voor het bewaren van plasma bij elkaar brengt en in staat stellen meer stabiel fusie reactoren dan we nu hebben.”

_____

Wonjae Lee et al. 2018. Synthetische elektromagnetische knoop in een drie-dimensionale skyrmion. De wetenschap Vooruitgang 4 (3): eaao3820; doi: 10.1126/sciadv.aao3820