Группа ученых США в серии экспериментов с рутенатом стронция, отдаленно похожим на сверхпроводящие материалы, случайно обнаружила предсказанную 67 лет назад квазичастицу. Квазичастица под названием «Демон Пайнса» не имеет массы и нейтральна, а значит, напрямую себя не проявляет. Между тем свойства частицы-демона могут помочь в определении сверхпроводимости, природа которой до сих пор до конца не изучена. Открытие «демона» может многое изменить.
Источник изображения: Pixabay
Современная теория сверхпроводимости в основном основана на тесном взаимодействии электронов и фононов в атомной структуре материалов. В то же время ряд проявлений сверхпроводимости плохо согласуется с этой теорией и оставляет место для экзотических и еще не открытых процессов. Квазичастица-демон Пайнса — одно из таких явлений, которое почти 70 лет считалось игрой разума физика Дэвида Пайнса, предложившего его в 1956 году. По его мнению, это безмассовая и нейтральная квазичастица, что очень , очень трудно обнаружить по этой причине. Не искали ее, если честно.
Физики из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн совершенно случайно обнаружили неуловимую квазичастицу. Они изучали свойства рутената стронция, который не является сверхпроводником, но в некоторых отношениях очень на него похож. Обычные измерения показали наличие «частиц», которые не были ни поверхностными плазмонами, ни акустическими фононами. Первые результаты измерений были восприняты как ошибочные, и только их повторение поставило вопрос более остро: что это было?
Моделирование показало, что ученые нашли плазмон со свойствами, предсказанными Дэвидом Пайнсом. Это особое коллективное движение электронов в твердом теле. Фактически это дискретная волна или групповое колебание в электронной плазме. Это не частица в чистом виде, поэтому такие конденсированные явления называются квазичастицами. Данные измерений показали, что обнаруженный плазмон не имеет массы и нейтрален по заряду. Другими словами, он соответствует требованиям демона Сосны. Слово «демон» в данном случае означает «отчетливое движение электрона» с излюбленным физиком суффиксом «-он». В отличие, скажем, от демона Максвелла, который на самом деле является демоном с рогами и копытами, хотя и воображаемым.
Наличие в природе демона Сосны в виде безмассовой частицы означает возможность проявления эффекта сверхпроводимости при любой температуре. Эта частица может попытаться объяснить сверхпроводимость во всем списке полуметаллов. Понять и объяснить — значит открыть новые возможности для реализации этого явления, которое сделает наш мир немного более приятным местом для жизни.
Специальная подборка для Вас