Физики впервые наблюдали трехмерный скирмион в пучке света, представляющем собой суперпозицию лево- и правополяризованных электромагнитных волн со специально подобранными амплитудами и фазами. Ученые надеются, что исследование оптических скирмионов может помочь лучше понять динамику аналогичных квазичастиц в хромодинамике, космологии ранней Вселенной и физике конденсированного состояния вещества.

Исследование опубликовано в Nature Communications.

Скирмион — это топологически нетривиальная полевая конфигурация, являющаяся решением уравнений движения некоторой теории поля. Эта конфигурация представляет собой отображение физического пространства X в другое пространство Y, форма и размерность которого зависят от физической системы, описываемой теорией поля. Такое отображение характеризуется целым числом, называемым в математике степенью отображения. С точки зрения физики скирмионов это число является зарядом, сохраняющимся при взаимодействии скирмионов друг с другом и с другими частицами.

Скирмионы существуют в разных теориях поля, описывающих различные физические явления. Например, трехмерные скирмионы в низкоэнергетической хромодинамике используются для описания барионов, а их двумерные аналоги часто встречаются в физике конденсированного состояния вещества. Также ученые рассматривают образование скирмионов в ранней Вселенной как возможное объяснение аномалий в неоднородности космического микроволнового фона.

Группа физиков из Великобритании, Германии, США и Японии под руководством Марка Дэнниса (Mark Dennis) из Бирмингемского университета и Бристольского университета впервые наблюдала оптический трехмерный скирмион в луче света.