Des particules insaisissables modélisées dans un faisceau de lumière

Les scientifiques de l’Université de Birmingham ont accompli un nouvel exploit en physique. Ils ont réussi à créer un modèle expérimental d’un type de particule assez particulier dans un faisceau de lumière. Il s’agit de particules fondamentales insaisissables nommées « skyrmions ». Cette avancée permet désormais aux physiciens de disposer d’un système concret d’étude du comportement des skyrmions.

Des particules dans des faisceaux de lumière

Autrefois, le physicien mathématicien de l’université de Birmingham Tony Skyrme avait déjà entrepris des recherches et proposé des idées allant dans ce sens. Selon l’analogie de Skyrme, on devrait utiliser la structure des sphères dans un espace à 4 dimensions afin de garantir la nature indivisible d’une particule skyrmion en 3D.

Les skyrmions sont censés apporter des informations essentielles sur les origines de l’univers, sur la physique des matériaux exotiques et des atomes froids. L’étude de ces particules avait commencé depuis plus de 50 ans, sans résultats concluants.

Un nouveau moyen d’analyser des skyrmions en 3D

Les précédentes recherches sur les skyrmions ont eu lieu dans des espaces en 2 dimensions. Bien que prometteuses pour les nouvelles technologies, ces dispositions ont été peu satisfaisantes. La nouvelle étude, publiée dans Nature Communication, a permis de démontrer comment les skyrmions pouvaient été mesurés en trois dimensions.

C’est une première en physique depuis 60 ans. Il faut bien croire que la collaboration internationale entre les chercheurs de l’Université de Birmingham, de Lancaster, de Münster (Allemagne) et de RIKEN (Japon) a été fructueuse.

Un nouveau système de modélisation en vue

Afin de créer leur modèle, le Docteur Danica Sugic et le professeur Dennis ont effectué une description standard de la lumière et de la polarisation. Ils ont également utilisé la nature des sphères dans un espace à 4 dimensions pour la modélisation. Cela a ensuite permis de concevoir et d’intégrer le champ Skyrmion dans un faisceau de lumière laser lors d’une expérience dirigée par le professeur Cornelia Denz, de l’université de Münster.

« Nous avons réalisé qu’un faisceau de lumière pouvait être exploité à cette fin, car nous sommes en mesure de contrôler étroitement ses propriétés, et donc de l’utiliser comme plateforme pour modéliser nos skyrmions. Grâce à cette approche, nous pouvons commencer à comprendre véritablement ces objets et à réaliser leur potentiel scientifique. »

Mark Dennis, principal auteur de la recherche

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