“Демоническая частица": Открыли ли ученые невозможное? – исследование

Физики обнаружили прозрачную, не имеющую массу нейтральную "демоническую" частицу, которая может помочь лучше понять сверхпроводники в новом исследовании, проведенном учеными из Иллинойского университета Урбана-Шампейн.

В твердых телах электроны ведут себя нестабильно, объединяясь в коллективные единицы. При достаточном количестве энергии электроны могут образовывать плазмоны – волны, которые ведут себя подобно частицам (также известные как квазичастицы), хотя обычно масса твердых тел слишком велика для образования плазмонов при комнатной температуре. С “демоническими” частицами, которые также можно представить в виде волн, дело обстоит иначе. Поскольку они не имеют массы, то могут образовываться при любом количестве энергии и, следовательно, при любой температуре.

Дэвид Пайнс в 1956 году предположил, что электроны в твердом теле могут объединяться, образуя два плазмона, которые затем будут расходиться. Эта новая квазичастица, по мнению Пайнса, будет безмассовой, нейтральной и не будет взаимодействовать со светом. Пайнс назвал эту теоретическую частицу "демоном".

"Подавляющее большинство экспериментов проводится со светом и измеряет оптические свойства, но, будучи электрически нейтральными, “демоны” не взаимодействуют со светом", – объяснил Питер Аббамонте, профессор физики Иллинойского университета Урбана-Шампейн и ведущий автор исследования. "Необходим был эксперимент совершенно иного рода".

Аббамонте и его команда наткнулись на “демоническую” квазичастицу случайно. Группа изучала электронные свойства рутената стронция (Sr2RuO4), поскольку он похож на высокотемпературные сверхпроводники и в то же время не является таковым с помощью спектроскопии. При этом методе энергия электронов, попавших в металл, используется для непосредственного наблюдения свойств металла, в том числе плазмонов. Изучая собранные данные, исследователи обнаружили нечто неожиданное – электронный режим, не имеющий массы.

Эдвин Хуанг, научный сотрудник Университета Иллинойса Урбана-Шампейн, пояснил, что для понимания происходящего команде пришлось провести микроскопические расчеты. 

"Когда мы это сделали, то обнаружили частицу, состоящую из двух электронных полос, колеблющихся вне фазы с почти одинаковой величиной, как и описывал Пайнс", – сказал он.

Авторы предполагают, что “демонические” квазичастицы демона являются посредниками сверхпроводимости. По их мнению, для полного понимания функционирования квазичастиц необходимы дальнейшие исследования с использованием альтернативных методов наблюдения.