ما هي Skyrmions؟

فنان

تمثيل فنان للحقول المغناطيسية المتشابكة في السماء. (رصيد الصورة: Science Advances / Creative Commons)



يمكن وصف Skyrmion بأنه شبه جسيم دائري ، أو عقدة من خطوط المجال الملتوية ، أو إعصار دون ذري. إنها أيضًا واحدة من أصعب مفاهيم الفيزياء للفهم على البشر. هذا لأن هذه الاضطرابات بحجم النانو أسهل في وصفها رياضيًا ، وعلى الرغم من كونها معروفة منذ ما يقرب من 60 عامًا ، إلا أن علماء الفيزياء بدأوا مؤخرًا فقط في إيجاد تطبيقات عملية للسماء.



تاريخ skyrmions

تم تسمية Skyrmions على اسم عالم الفيزياء النووية البريطاني توني سكيرم ، الذي اقترح وجودها لأول مرة في عام 1961. كانت فكرته هي تصميم كيانات دون ذرية مثل البروتونات والنيوترونات باستخدام التقلبات المعقدة في المجال الكمي الذي تمتلكه جميع الجسيمات ، وفقًا لجمعية الفيزياء الأمريكية . بينما كان المفهوم مفيدًا من نواحٍ عديدة ، مثل التنبؤ الدقيق ببعض خصائص الجسيمات الأساسية مثل الكواركات والغلوونات ، فقد كافح مع جوانب أخرى من السلوك النووي.

تم استبدال الفكرة في النهاية بنظرية تعرف باسم الديناميات الصبغية الكمية ، والتي كانت أكثر نجاحًا في نمذجة الجسيمات دون الذرية. ولكن تم إحياء السماء من قبل الباحثين الذين يعملون في المجالات المغناطيسية ، والتي يمكن أيضًا إقناعها لتشكيل دوامات تشبه الدوامات.



في السماء المغناطيسية ، تلتف خطوط المجال المغناطيسي المعقدة حول بعضها البعض مثل حلقات المفاتيح التي تتصل بحلقات مفاتيح أخرى ، خلق شكل نانومتر من المستحيل تفكيكه دون كسر الحلقات. في مجال مغناطيسي ، يمكن أن ينجرف التكوين من بقعة إلى أخرى ، مع Skyrmion يجعل نفسه من جديد من الخطوط في أي مكان معين.

ما هي ميزة skyrmions؟

نظرًا لأن Skyrmions صغيرة جدًا ومستقرة ، يهتم الفيزيائيون بالتحكم في هذه الكيانات الشبيهة بالجسيمات لاستخدامها في أجهزة الكمبيوتر المستقبلية وتخزين الذاكرة الإلكترونية ، وفقًا لمجلة الفيزياء اليوم . في البداية ، كان بإمكان الباحثين فقط إحداث ارتفاعات مغناطيسية في المواد التي تم تبريدها إلى درجات حرارة شديدة البرودة ، ولكنها الآن تُنتج بشكل روتيني في أجسام في درجة حرارة الغرفة.

نظرًا لأنه يتطلب طاقة قليلة نسبيًا للحفاظ على البيانات المخزنة في السماء المغناطيسية والوصول إليها إلكترونيًا ، يعتقد المهندسون أن هذه الجسيمات يمكن أن تؤدي إلى أجهزة تخزين ذاكرة فعالة للغاية . مجال ناشئ يسمى skyrmionics مخصص الآن لإنشاء مثل هذه الأجهزة من الجيل التالي.



قد تفسر Skyrmions أيضًا ظاهرة غريبة وغامضة تُعرف باسم Ball lightning - وهي عبارة عن كرة متوهجة نادرة يمكن أن تظهر أثناء العواصف الرعدية والانزلاق في الهواء ، وتعيش بعيدًا عن البرق المسنن الأكثر شهرة. في عام 2018 ، اقترح فريق أن العمليات الطبيعية التي تخلق بطريقة ما العقد الدوامة التي تنشأ في السماء هي نفسها التي تنتج البرق الكروي.

بدأ باحثون آخرون في إحياء نماذج Skyrme الأصلية وقاموا بتعديلها لتوضيح المفاهيم في الفيزياء النووية بشكل أفضل ، مثل التنبؤ بسلوك وشكل النوى .

مصادر إضافية: