Физик-теоретик Дэвид Пайнс в 1956 году открыл, что в твердом теле электроны ведут себя странно. У них есть и электрический заряд, и масса, но в тоже время, если они объединятся, то получится нейтральная составная частица, никак не взаимодействующая со светом, да еще без массы. Сам Пайнс назвал эту квазичастицу «демоном». Несмотря на то, что в поведении самых разных металлов она играет важную роль, на практике никак не удавалось это доказать. Но не в 21 веке, когда большинство открытий происходит совершенно случайно.
Электронная спектроскопия
«Конечно, довольно долгое время существовали предположения о «демонах», но они были исключительно теоретические. Экспериментально никто никогда не получал подтверждения их существования. На самом деле, его даже никто и не искал. В этом смысле мы не исключение. Но оказалось, что мы делали именно то, что нужно, и мы его нашли», – рассказал профессор физики Питер Аббамонте из Иллинойского университета в Урбане-Шампейне.
Команда Аббамонте в своем исследовании проверяла очередного кандидата на материал, который может навсегда изменить нашу цивилизацию – сверхпроводника, работающего при комнатной температуре, – рутената стронция. В своих измерениях физики заметили странность. Дело в том, что в его изучении ученые применили весьма нестандартный подход.
В стандартных экспериментах измеряют оптические свойства, используя свет. Команде же Аббамонте нужно было выяснить, почему рутенат стронция, не являясь высокотемпературным сверхпроводником, так на него похож. Для этого нужно было изучить его электронные свойства методом электронной спектроскопии потерь энергии с импульсным разрешением.
Тот самый демон
Другими словами, металл обнаруживал свои свойства через энергию электронов, которыми «бомбардировали» рутенат стронция. Так, при нулевой передаче импульса можно было измерить возбуждения в металле, как поверхностные, так и объемные. Уже анализируя зарегистрированные данные, физики и заметили аномалию: в ходе эксперимента сформировались электронные соединения, не имеющие массу.
Поначалу ученые ничего не поняли, но затем, предположив, что это тот самый «демон» Пайнса, просто посмеялись, так в научной среде никто в принципе не верил в возможность его обнаружения.
❗Участившиеся случаи ограничения каналов вынудили нас заняться поиском альтернативных площадок. Канал про Космос мы уже перенесли в приложение SFERA. А скоро в SFERA появится и сервис для статей. Скачать мобильное приложение SFERA:
«Предсказание Пайнса о «демонах» подразумевает довольно специфические условия. И никто не знал, должен ли в рутенате стронция вообще быть «демон». Мы вынуждены были произвести микроскопический расчет, и в результате обнаружили частицу из двух электронных полос. Они колебались с почти одинаковой величиной, но не в фазе. Так, как и описал Пайнс», – поделился аспирант Эдвин Хуанг.
Коллективное поведение
Несмотря на случайность обнаружения, саму находку физики считают закономерной, поскольку они исследовали малоизученное вещество, используя редкий метод. У ученых на этот счет даже есть поговорка: «чтобы обнаружить что-то новое и неожиданное, требуется делать что-то новое и неожиданное».
В описанном эксперименте «демона» нашли благодаря тому, что в используемом методе оказалось высокое разрешение в миллиэлектронвольтах. Но чтобы дальше изучать эту частицу, необходимо еще больше повысить точность. Для этого в просвечивающем и сканирующем электронном микроскопе, работающем в расфокусированной конфигурации с высоким разрешением, нужно использовать высокоэнергетические электроны.
Исследователи резюмировали, что теперь для того, чтобы точнее описать полученных в ходе их эксперимента данные, необходимо создать новую теорию о «демонах». Эти квазичастицы очень важны во многих процессах низкоэнергетической физики, и они могут быть ответственны за сверхпроводимость. Изучение «демонов» позволит описать, как в разных веществах электроны ведут себя не сами по себе или в малых группах, а коллективно.
Чтобы не потерять нас, подпишитесь на telegram-канал, который мы ведём для проекта SFERA. Срочные новости будут в закреплённых сообщениях.
❗️ Ставьте 👍 и подписывайтесь на наш канал!
Читайте также:
