Ilmuwan Ciptakan Model Skyrmion dalam Berkas Cahaya, Memvalidasi Partikel Teoretis Berusia 60 Tahun

Ilmuwan di Universitas Birmingham telah berhasil menciptakan model eksperimental dari jenis partikel fundamental yang sulit ditemukan yang disebut skyrmion dalam berkas cahaya. Perkembangan ini memberikan para fisikawan sistem nyata yang menunjukkan perilaku skyrmion, yang pertama kali diusulkan 60 tahun yang lalu oleh ahli fisika matematika Universitas Birmingham, Profesor Tony Skyrme.

Ide Skyrme menggunakan struktur bola dalam ruang 4 dimensi untuk menjamin sifat tak dapat dibagi dari partikel skyrmion dalam 3 dimensi. Partikel skyrmion 3D yang seperti partikel diyakini memberikan informasi tentang asal awal Alam Semesta, atau tentang fisika material eksotis atau atom dingin. Namun, meski telah diselidiki selama lebih dari 50 tahun, skyrmion 3D sangat jarang terlihat dalam eksperimen. Penelitian terkini tentang skyrmion berfokus pada analog 2D, yang menunjukkan janji untuk teknologi baru.

Dalam studi baru, kolaborasi internasional antara peneliti di Universitas 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, mengatakan: “Skyrmion telah memukau dan menantang fisikawan selama banyak dekade. Meskipun kita membuat kemajuan yang baik menyelidiki skyrmion dalam 2D, kita hidup di dunia 3D. Kita membutuhkan sistem yang dapat memodelkan skyrmion dalam semua kemungkinan statusnya dengan cara yang dapat diukur. Kami menyadari bahwa berkas cahaya dapat dimanfaatkan untuk tujuan ini karena kita dapat mengontrol propertinya dengan ketat, dan jadi menggunakannya sebagai platform untuk memodelkan skyrmion kami. Dengan pendekatan ini, kita dapat mulai benar-benar memahami objek ini dan merealisasikan potensi ilmiahnya.”

Untuk menciptakan model mereka, Dr. Danica Sugic dan Profesor Dennis, di Sekolah Fisika dan Astronomi Universitas, menggambarkan deskripsi standar cahaya, polarisasi (arah di mana gelombang cahaya berjalan) dan fase (posisi getaran gelombang cahaya) dalam bentuk bola dalam ruang 4 dimensi, yang krusial untuk visi asli Skyrme. Ini kemudian memungkinkan lapangan Skyrmion dirancang dan dirancang ke dalam berkas cahaya laser dalam eksperimen yang dipimpin oleh Profesor Cornelia Denz, Universitas Münster. Tim menggunakan pengukuran canggih untuk menentukan struktur yang tepat dari skyrmion.

“Objek ini sebenarnya cukup rumit, dari sudut pandang geometri,” kata Dr Sugic. “Mereka mirip dengan sistem kompleks cincin yang saling terkunci, yang keseluruhan membentuk struktur seperti partikel. Apa yang menarik secara khusus adalah properti topologis skyrmion — mereka dapat diubah, diregangkan atau disepit, tetapi tidak akan terlepas. Keandalan ini adalah salah satu properti yang paling diminati ilmuwan untuk dieksploitasi.”