Partikel Fundamental Dimodelkan dalam Berkas Cahaya

Para ilmuwan di University of Birmingham telah berhasil menciptakan model eksperimental dari jenis partikel fundamental yang sulit dipahami yang disebut skyrmion dalam seberkas cahaya. Terobosan ini memberi fisikawan sistem nyata yang mendemonstrasikan perilaku skyrmion, pertama kali diusulkan 60 tahun lalu oleh fisikawan matematika University of Birmingham, Profesor Tony Skyrme.

Ide Skyrme menggunakan struktur bola dalam ruang 4 dimensi untuk menjamin sifat tak terpisahkan dari partikel skyrmion dalam 3 dimensi. Skyrmion seperti partikel 3D diteorikan untuk memberi tahu kita tentang asal usul awal Semesta, atau tentang fisika bahan eksotis atau atom dingin. Namun, meskipun diselidiki selama lebih dari 50 tahun, skyrmion 3D sangat jarang terlihat dalam eksperimen. Penelitian terbaru tentang skyrmion berfokus pada analog 2D, yang menjanjikan teknologi baru.

Dalam sebuah studi baru, kolaborasi internasional antara peneliti di University of Birmingham, Lancaster, Münster (Jerman) dan RIKEN (Jepang) telah menunjukkan untuk pertama kalinya bagaimana skyrmion dapat diukur dalam tiga dimensi. Profesor Mark Dennis, yang memimpin penelitian tersebut, mengatakan:“Skyrmions telah membuat penasaran dan menantang fisikawan selama beberapa dekade. Meskipun kami membuat kemajuan yang baik dalam menyelidiki skyrmion dalam 2D, kami hidup di dunia 3D. Kita membutuhkan sistem yang dapat memodelkan skyrmion di semua kemungkinan keadaannya dengan cara yang dapat diukur. Kami menyadari bahwa seberkas cahaya dapat dimanfaatkan untuk tujuan ini karena kami dapat mengontrol propertinya dengan cermat, dan karenanya menggunakannya sebagai platform untuk memodelkan skyrmion kami. Dengan pendekatan ini, kita dapat mulai benar-benar memahami objek-objek ini dan menyadari potensi ilmiahnya.”

Untuk membuat model mereka, Dr. Danica Sugic dan Profesor Dennis, di Fakultas Fisika dan Astronomi Universitas, memberikan deskripsi standar cahaya, polarisasi (arah perjalanan gelombang cahaya) dan fase (posisi getaran gelombang cahaya) dalam hal bola dalam ruang 4 dimensi, penting untuk visi asli Skyrme. Ini kemudian memungkinkan bidang Skyrmion untuk dirancang dan direkayasa menjadi seberkas sinar laser dalam percobaan yang dipimpin oleh Profesor Cornelia Denz, Universitas Münster. Tim menggunakan pengukuran mutakhir untuk menentukan struktur skyrmion yang tepat.

“Benda-benda ini sebenarnya cukup rumit, dari sudut pandang geometris,” kata Dr Sugic. “Mereka menyerupai sistem kompleks cincin yang saling terkait, dengan keseluruhan membentuk struktur seperti partikel. Yang sangat menarik adalah sifat topologi skyrmion – mereka dapat terdistorsi, diregangkan atau diperas, tetapi tidak akan terlepas. Kekokohan ini adalah salah satu sifat yang paling menarik untuk dieksploitasi oleh para ilmuwan.”