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斯格明子

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斯格明子（英語：Skyrmion）是一類非線性sigma模型的拓撲穩定結構，由英國物理學家托尼·斯格明於1962年首次提出[1]。這種類粒子穩定場結構具有拓撲保護性質[2]。在粒子理論中，skyrmion（/ˈskɜːrmi.ɒn/）是某類非線性sigma模型的拓撲穩定場構型。它最初是由 Tony Skyrme 在 1961 年提出的（並以此命名）作為核子模型。[3][4][5][6]作為介子場中的拓撲孤子，它具有顯著的特性，即只需固定核子半徑，即可以合理的精度模擬核子的多種低能特性。此後，它在固態物理學中得到了應用，並與弦理論的某些領域有聯繫。

Skyrmions 作為拓撲對象在固態物理學中很重要，特別是在新興的自旋電子學技術中。二維磁性斯格明子作為拓撲對象，例如由 3D 有效自旋「刺蝟」形成（在微磁學領域：來自同倫度 +1 的所謂「布洛赫點」奇點）通過立體投影，正北極自旋映射到二維圓盤的遠處邊緣圓上，而負南極自旋映射到圓盤的中心。在旋量場中，例如光子或極化子流體，skyrmion 拓撲對應於完整的龐加萊光束 [7]（即包含所有極化狀態的自旋量子渦旋）。 [8]

據報道，Skyrmions 存在於玻色-愛因斯坦凝聚體 [9] 薄磁性薄膜 [10] 和手性向列液晶[11] 中，但尚未最終證實。

作為核子的模型，skyrmion的拓撲穩定性可以解釋為重子數守恆的陳述；即質子不會衰變。 Skyrme Lagrangian 本質上是核子的單參數模型。修正參數修正了質子半徑，也修正了所有其他低能屬性，看起來正確到大約 30%。正是這種模型的預測能力使它作為核子模型如此吸引人。

鏤空的斯格明子構成了核子手性袋模型（柴郡貓模型）的基礎。 Dan Freed 已經獲得了費米子譜與非線性 sigma 模型的拓撲繞組數之間對偶性的精確結果。這可以解釋為對核子（但僅由夸克組成，沒有膠子）的量子色動力學（QCD）描述與核子的 Skyrme 模型之間的二元性的基礎。

斯格明子可以被量化以形成重子和共振態的量子疊加。 [12]它可以從一些核物質特性中預測出來。 [13]

參見

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參考資料

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  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. ^ 趙, 巍勝; 黃, 陽棋; 張, 學瑩; 康, 旺; 雷, 娜; 張, 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. （原始內容存檔於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. （原始內容存檔於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 可免費查閱. （原始內容存檔於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 可免費查閱. PMID 27965393. arXiv:1701.00157 可免費查閱. doi:10.1073/pnas.1610123114 可免費查閱. 
  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 可免費查閱. 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 可免費查閱. 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 可免費查閱. 
  12. ^ Wong, Stephen. What exactly is a Skyrmion?. 2002. arXiv:hep-ph/0202250 可免費查閱. 
  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. 
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