Los científicos de Amherst College y Aalto University 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 gira, de los átomos constituyentes. Los nudos exhiben muchas de las características de un rayo de bola, que algunos científicos creen que consisten en corrientes enredadas de 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 los reactores de fusión.

'Es notable que pudiéramos crear el nudo electromagnético sintético, es decir, rayo de bola cuántica, esencialmente con sólo dos corrientes eléctricas contracirculantes. Por lo tanto, Es posible que se produzca una iluminación de bola natural en un rayo normal, 'dice el Dr. Mikko Möttönen, líder del esfuerzo teórico en la Universidad de Aalto.

Möttönen también recuerda haber presenciado una bola de relámpago que se deslumbró brevemente en la casa de sus abuelos. A lo largo de la historia se han informado observaciones de rayos en forma de bola, 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 un rayo en forma de bola.

«El gas cuántico se enfría a una temperatura muy baja donde forma un condensado de Bose-Einstein:todos los átomos del gas terminan en el estado de energía mínima. El estado ya no se comporta como un gas ordinario sino como un solo átomo gigante, 'explica el profesor David Hall, líder del esfuerzo experimental en Amherst College.

El skyrmion se crea primero polarizando el giro de cada átomo para que apunte 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 se desvanece en el medio del condensado. Como 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 consta de bucles enlazados, en cada uno de los cuales todos los giros apuntan a una cierta dirección fija. El nudo se puede soltar o mover, pero no desatado.

`` Lo que hace que este sea un skyrmion en lugar de un nudo cuántico es que no solo se retuerce el giro, sino que la fase cuántica de los vientos condensados ​​repetidamente, dice Hall.

Si la dirección del giro cambia en el espacio, la velocidad del condensado responde exactamente como sucedería con una partícula cargada en un campo magnético. La estructura de giro anudado da lugar a un campo magnético artificial anudado que coincide exactamente con el campo magnético en un modelo de rayo de bola.

Se necesita más investigación para saber si también es posible crear un rayo de bola real con un método de este tipo. Estudios adicionales podrían conducir a encontrar una solución para mantener el plasma unido de manera eficiente y permitir reactores de fusión más estables que los que tenemos ahora. 'Möttönen explica.