斯格明子

斯格明子（英语：skyrmion）是一类非线性sigma模型的拓扑稳定结构，由英国物理学家托尼·斯格明于1962年首次提出[1]。这种类粒子稳定场结构具有拓扑保护性质[2]。在粒子理论中，skyrmion（/ˈskɜːrmi.ɒn/）是某类非线性sigma模型的拓扑稳定场构型。它最初是由 Tony Skyrme 在 1961 年提出的（并以此命名）作为核子模型。[3][4][5][6]作为介子场中的拓扑孤子，它具有显着的特性，即只需固定核子半径，即可以合理的精度模拟核子的多种低能特性。此后，它在固态物理学中得到了应用，并与弦理论的某些领域有联系。

Skyrmions 作为拓扑对象在固态物理学中很重要，特别是在新兴的自旋电子学技术中。二维磁性斯格明子作为拓扑对象，例如由 3D 有效自旋“刺猬”形成（在微磁学领域：来自同伦度 +1 的所谓“布洛赫点”奇点）通过立体投影，正北极自旋映射到二维圆盘的远处边缘圆上，而负南极自旋映射到圆盘的中心。在旋量场中，例如光子或极化子流体，skyrmion 拓扑对应于完整的庞加莱光束 [7]（即包含所有极化状态的自旋量子涡旋）。 [8]

据报道，Skyrmions 存在于玻色-爱因斯坦凝聚体 [9] 薄磁性薄膜 [10] 和手性向列液晶[11] 中，但尚未最终证实。

作为核子的模型，skyrmion的拓扑稳定性可以解释为重子数守恒的陈述；即质子不会衰变。 Skyrme Lagrangian 本质上是核子的单参数模型。修正参数修正了质子半径，也修正了所有其他低能属性，看起来正确到大约 30%。正是这种模型的预测能力使它作为核子模型如此吸引人。

镂空的斯格明子构成了核子手性袋模型（柴郡猫模型）的基础。 Dan Freed 已经获得了费米子谱与非线性 sigma 模型的拓扑绕组数之间对偶性的精确结果。这可以解释为对核子（但仅由夸克组成，没有胶子）的量子色动力学（QCD）描述与核子的 Skyrme 模型之间的二元性的基础。

斯格明子可以被量化以形成重子和共振态的量子叠加。 [12]它可以从一些核物质特性中预测出来。 [13]

参见

  • 粒子物理学

参考资料

  1. ^ Skyrme, T. . A unified field theory of mesons and baryons. Nuclear Physics. 1962, 31: 556–569. Bibcode:1962NucPh..31..556S. doi:10.1016/0029-5582(62)90775-7. 
  2. ^ 赵, 巍胜; 黄, 阳棋; 张, 学莹; 康, 旺; 雷, 娜; 张, 有光. 斯格明子电子学的研究进展. 物理学报. 2018,67(13). 
  3. ^ Skyrme, T. H. R.; Schonland, Basil Ferdinand Jamieson. A non-linear field theory. Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences. 1961-02-07, 260 (1300): 127–138 [2022-04-26]. Bibcode:1961RSPSA.260..127S. S2CID 122604321. doi:10.1098/rspa.1961.0018. （原始内容存档于2022-06-21）. 
  4. ^ Skyrme, T. A unified field theory of mesons and baryons. Nuclear Physics. 1962, 31: 556–569. Bibcode:1962NucPh..31..556S. doi:10.1016/0029-5582(62)90775-7. 
  5. ^ Tony Skyrme and Gerald E. Brown. Selected Papers, with Commentary, of Tony Hilton Royle Skyrme. World Scientific. 1994: 456 [4 July 2017]. ISBN 978-981-2795-9-22. （原始内容存档于2022-04-26）. 
  6. ^ Brown, G. E. (ed.) (1994) Selected Papers, with Commentary, of Tony Hilton Royle Skyrme. World Scientific Series in 20th Century Physics: Volume 3. ISBN 978-981-4502-43-6.
  7. ^ Beckley, A. M.; Brown, T. G.; Alonso, M. A. Full Poincaré beams. Opt. Express. 2010, 18 (10): 10777–10785 [2022-04-26]. Bibcode:2010OExpr..1810777B. PMID 20588931. doi:10.1364/OE.18.010777  . （原始内容存档于2021-04-08）. 
  8. ^ Donati, S.; Dominici, L.; Dagvadorj, G.; et al. Twist of generalized skyrmions and spin vortices in a polariton superfluid. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2016, 113 (52): 14926–14931. Bibcode:2016PNAS..11314926D. PMC 5206528  . PMID 27965393. arXiv:1701.00157  . doi:10.1073/pnas.1610123114  . 
  9. ^ Al Khawaja, Usama; Stoof, Henk. Skyrmions in a ferromagnetic Bose–Einstein condensate. Nature. 2001, 411 (6840): 918–920. Bibcode:2001Natur.411..918A. PMID 11418849. S2CID 4415343. arXiv:cond-mat/0011471  . doi:10.1038/35082010. hdl:1874/13699. 
  10. ^ Kiselev, N. S.; Bogdanov, A. N.; Schäfer, R.; Rößler, U. K. Chiral skyrmions in thin magnetic films: New objects for magnetic storage technologies?. Journal of Physics D: Applied Physics. 2011, 44 (39): 392001. Bibcode:2011JPhD...44M2001K. S2CID 118433956. arXiv:1102.2726  . doi:10.1088/0022-3727/44/39/392001. 
  11. ^ Fukuda, J.-I.; Žumer, S. Quasi-two-dimensional Skyrmion lattices in a chiral nematic liquid crystal. Nature Communications. 2011, 2: 246. Bibcode:2011NatCo...2..246F. PMID 21427717. doi:10.1038/ncomms1250  . 
  12. ^ Wong, Stephen. What exactly is a Skyrmion?. 2002. arXiv:hep-ph/0202250  . 
  13. ^ Khoshbin-e-Khoshnazar, M. R. Correlated Quasiskyrmions as Alpha Particles. Eur. Phys. J. A. 2002, 14 (2): 207–209. Bibcode:2002EPJA...14..207K. S2CID 121791891. doi:10.1140/epja/i2001-10198-7.