Команда ученых из Иллинойского университета случайно обнаружила «демоническую» частицу, которую впервые описали 67 лет назад, но так и не подтвердили экспериментально.
Когда электроны путешествуют через твердые тела, их взаимодействия друг с другом могут формировать коллективные возбуждения, которые функционируют как совершенно новые частицы с другими характеристиками. Они известны как квазичастицы.
Особая форма квазичастицы, называемая плазмоном, возникает из-за плазменных колебаний, и она имеют новый заряд и массу, отличные от составляющих их электронов. Однако считалось, что плазмоны невозможны при комнатной температуре, потому что уровни энергии недостаточны для масс, необходимых для их образования.
Но в 1956 году физик-теоретик Дэвид Пайнс описал исключение из правила: электроны в некоторых энергетических зонах могут группироваться в противофазе, образуя плазмон, не имеющий ни массы, ни заряда. Он назвал эту теоретическую частицу «демонической», но до сих она ускользала от обнаружения учеными.
В новом исследовании физики использовали нестандартную экспериментальную методику и обнаружили «демона» в металле под названием рутенат стронция.
«Подавляющее большинство экспериментов проводится со светом и измерением оптических свойств, но электрическая нейтральность означает, что “демоны” не взаимодействуют со светом, — сказал Питер Аббамонте, ведущий автор исследования. — Требовался совершенно другой вид эксперимента».
Рутенат стронция — металл, который проявляет некоторые свойства высокотемпературных сверхпроводников , хотя сам таковым не является. Команда изучала электронные свойства материала с помощью метода, называемого спектроскопией потерь энергии электронов с импульсным разрешением. Это включает в себя взрыв металла электронами для наблюдения за его свойствами, в том числе за любыми квазичастицами, которые могут образоваться. При этом исследовании и был обнаружен загадочный плазмон без массы.
«Сначала мы понятия не имели, что это такое, — сказал Али Хусейн, соавтор исследования. — Мы, по сути, посмеялись над предположением, что нашли “демона”. Но методом исключения мы удостоверились, что это действительно он».
Команда считает, что частицы-демоны могут играть ключевую роль в электронном поведении широкого спектра металлов.
💫 Ранее физики пропустили световые волны через «щели во времени».