Los científicos del Amherst College y la Universidad de Aalto han creado, por primera vez, un skyrmion tridimensional en un gas cuántico. El skyrmion se predijo teóricamente hace más de 40 años, pero solo ahora se ha observado experimentalmente.
En un gas cuántico extremadamente escaso y frío, los físicos han creado nudos hechos de los momentos magnéticos, o espines, de los átomos constituyentes. Los nudos exhiben muchas de las características de los rayos de bola, que algunos científicos creen que consisten en corrientes enredadasde corrientes eléctricas. La persistencia de tales nudos podría ser la razón por la cual un rayo de bola, una bola de plasma, vive durante un tiempo sorprendentemente largo en comparación con un rayo. Los nuevos resultados podrían inspirar nuevas formas de mantener el plasma intacto en una bola estable.en reactores de fusión.
'Es notable que pudiéramos crear el nudo electromagnético sintético, es decir, un rayo de bola cuántica, esencialmente con solo dos corrientes eléctricas de contracorriente. Por lo tanto, puede ser posible que un rayo de luz natural pueda surgir en un rayo normal'', dice el Dr. Mikko Möttönen, líder del esfuerzo teórico en la Universidad de Aalto.
Möttönen también recuerda haber presenciado un relámpago de bola que brilla brevemente en la casa de sus abuelos. Se han reportado observaciones de rayos de bola a lo largo de la historia, pero la evidencia física es rara.
La dinámica del gas cuántico coincide con la de una partícula cargada que responde a los campos electromagnéticos de una bola de rayos.
'El gas cuántico se enfría a una temperatura muy baja donde forma un condensado de Bose-Einstein: todos los átomos en el gas terminan en el estado de energía mínima. El estado ya no se comporta como un gas ordinario sino como unátomo gigante único '', explica el profesor David Hall, líder del esfuerzo experimental en Amherst College.
El skyrmion se crea primero polarizando el giro de cada átomo para apuntar hacia arriba a lo largo de un campo magnético natural aplicado. Luego, el campo aplicado cambia repentinamente de tal manera que aparece un punto donde el campo desaparece en el medio del condensadoEn consecuencia, los giros de los átomos comienzan a girar en la nueva dirección del campo aplicado en sus respectivas ubicaciones. Dado que el campo magnético apunta en todas las direcciones posibles cerca del campo cero, los giros se enrollan en un nudo.
La estructura anudada del skyrmion consiste en bucles unidos, en cada uno de los cuales todos los giros apuntan a una determinada dirección fija. El nudo se puede aflojar o mover, pero no desatar.
'Lo que lo convierte en un skyrmion en lugar de un nudo cuántico es que no solo el giro gira sino que la fase cuántica de los vientos condensados se repite repetidamente', dice Hall.
Si la dirección del giro está cambiando en el espacio, la velocidad del condensado responde exactamente como sucedería para una partícula cargada en un campo magnético. La estructura de giro anudada da lugar a un campo magnético artificial anudado que coincide exactamente con el magnéticocampo en un modelo de bola de rayos.
'Se necesita más investigación para saber si también es posible crear un verdadero rayo de bola con un método de este tipo. Otros estudios podrían conducir a encontrar una solución para mantener el plasma unido de manera eficiente y permitir reactores de fusión más estables que nosotrostener ahora '', explica Möttönen.
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Materiales proporcionado por Universidad de Aalto . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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