Gli scienziati dell'Amherst College e della Aalto University hanno creato, per la prima volta uno skyrmione tridimensionale in un gas quantistico. Lo skyrmion è stato previsto teoricamente più di 40 anni fa, ma solo ora è stato osservato sperimentalmente.

In un gas quantico estremamente sparso e freddo, i fisici hanno creato nodi fatti dei momenti magnetici, o gira, degli atomi costituenti. I nodi presentano molte delle caratteristiche dei fulmini globulari, che alcuni scienziati ritengono consista in flussi intricati di correnti elettriche. La persistenza di tali nodi potrebbe essere il motivo per cui un fulmine globulare, una palla di plasma, vive per un tempo sorprendentemente lungo rispetto a un fulmine. I nuovi risultati potrebbero ispirare nuovi modi per mantenere intatto il plasma in una sfera stabile nei reattori a fusione.

"È straordinario che siamo riusciti a creare il nodo elettromagnetico sintetico, questo è, lampo globulare quantistico, essenzialmente con due sole correnti elettriche controcircolanti. Così, potrebbe essere possibile che un'illuminazione naturale della sfera possa sorgere in un normale fulmine, ' afferma il dottor Mikko Möttönen, leader dello sforzo teorico alla Aalto University.

Möttönen ricorda anche di aver assistito a un fulmine globulare che brillava brevemente nella casa dei suoi nonni. Osservazioni di fulmini globulari sono state riportate nel corso della storia, ma le prove fisiche sono rare.

La dinamica del gas quantistico corrisponde a quella di una particella carica che risponde ai campi elettromagnetici di un fulmine globulare.

"Il gas quantistico viene raffreddato a una temperatura molto bassa dove forma un condensato di Bose-Einstein:tutti gli atomi nel gas finiscono nello stato di minima energia. Lo stato non si comporta più come un normale gas ma come un singolo atomo gigante, ' spiega il professor David Hall, capo dello sforzo sperimentale all'Amherst College.

Lo skyrmion viene creato prima polarizzando lo spin di ciascun atomo in modo che punti verso l'alto lungo un campo magnetico naturale applicato. Quindi, il campo applicato viene improvvisamente modificato in modo tale che un punto in cui il campo svanisce appare nel mezzo del condensato. Di conseguenza, gli spin degli atomi iniziano a ruotare nella nuova direzione del campo applicato nelle rispettive posizioni. Poiché il campo magnetico punta in tutte le possibili direzioni vicino al campo zero, le spire si avvolgono in un nodo.

La struttura annodata dello skyrmion è costituita da anelli collegati, in ognuno dei quali tutti gli spin puntano verso una certa direzione fissa. Il nodo può essere allentato o spostato, ma non slegato.

"Ciò che rende questo uno skyrmion piuttosto che un nodo quantico è che non solo lo spin si attorciglia ma la fase quantica dei venti condensati si snoda ripetutamente, "dice Sala.

Se la direzione della rotazione cambia nello spazio, la velocità del condensato risponde proprio come accadrebbe per una particella carica in un campo magnetico. La struttura di spin annodata dà così origine a un campo magnetico artificiale annodato che corrisponde esattamente al campo magnetico in un modello di fulmine globulare.

'Sono necessarie ulteriori ricerche per sapere se è anche possibile creare un vero fulmine globulare con un metodo di questo tipo. Ulteriori studi potrebbero portare a trovare una soluzione per tenere insieme il plasma in modo efficiente e consentire reattori a fusione più stabili di quelli che abbiamo ora, ' spiega Möttönen.