Ученые обнаружили неуловимую «дьявольскую частицу» почти через 70 лет после того, как это было впервые предсказано

Ученые обнаружили «дьявольскую частицу», которая может привести к сверхпроводникам, проводящим электричество при комнатной температуре — «святой Грааль» физики.

Сверхпроводник — это особый металл или сплав, который способен проводить электричество без сопротивления, но температура должна быть ниже 100 градусов по Фаренгейту до точки замерзания.

Исследователи из Университета Иллинойса недавно обнаружили частицу, не имеющую массы, то есть способную образовываться при любой температуре, в минерале рутенате стронция — почти через 70 лет после того, как это предсказали «дьяволы».

Сверхпроводники используются в таких процессах, как надземные поезда и аппараты магнитно-резонансной томографии (МРТ) с высоким разрешением, но материалы, которые работают при комнатной температуре, проложат путь для более мощных компьютеров.

Сверхпроводимость была открыта более 100 лет назад в ртути, охлажденной до температуры жидкого гелия в минус 452 по Фаренгейту.

После открытия сверхпроводимости ртути это явление наблюдалось и в других материалах при очень низких температурах.

Материалы включали несколько металлов и сплавов ниобия и титана, из которых можно было легко сделать проволоку.

Дьявольская частица была впервые предсказана физиком-теоретиком Дэвидом Бейнсом в 1956 году, который считал, что электроны будут «странно» взаимодействовать при движении через твердое тело.

Электроны могут потерять свою индивидуальность в твердых телах, потому что электрические взаимодействия заставляют электроны объединяться в коллективные единицы.

Обладая достаточной энергией, электроны могут образовывать составные частицы, называемые плазмонами, с новым зарядом и массой, определяемыми фундаментальными электрическими взаимодействиями.

Однако масса обычно слишком велика для образования плазмонов при энергии, доступной при комнатной температуре, но Бейнс предположил, что здесь есть исключение.

Физик утверждал, что если в твердом теле есть электроны более чем в одной энергетической зоне, как у многих металлов, их плазмоны могут объединяться в противофазе, образуя новый безмассовый нейтральный плазмон — демон.

Поскольку демоны не имеют массы, они могут формироваться с любой энергией и могут существовать при любых температурах.

Это привело к предположению, что они оказывают фундаментальное влияние на поведение многомасштабных минералов.

Открытие было сделано группой исследователей во главе с Питером Абамонте, профессором физики в Университете Иллинойса в Урбане-Шампейне, который сопоставил предсказание Бейнса при изучении минерала рутената стронция.

Эксперимент не был связан со сверхпроводниками, но металл подобен высокотемпературному сверхпроводнику, но не является таковым.

Исследователи сделали первое сканирование электронных свойств металла, взорвав его электронами, вызвав дьявола в свойствах металла.

Абамонте работал над проектом с бывшим аспирантом Али Хуссейном, который сказал: «Сначала мы понятия не имели, что это такое.

Дьяволы не в мейнстриме. Возможность появилась рано, и мы в основном смеялись над этим.

«Но когда мы начали исключать вещи, мы начали подозревать, что действительно нашли Дьявола».

Эдвина Хуанга, исследователя после докторской степени Мура в UIUC и теоретика конденсированного состояния, в конце концов попросили рассчитать особенности электронной структуры рутената стронция.

По словам Хуанга, предсказание Пайнсом демонов требовало довольно специфических условий, и никому не было ясно, должен ли рутенат стронция вообще иметь демона.

Нам пришлось провести микроскопический расчет, чтобы понять, что происходит. Когда мы это сделали, мы обнаружили частицу, состоящую из двух электронных полос, которые колеблются в противофазе примерно с одинаковой силой, как и описал Бейнс.