Savanții au descoperit „particula diavolului”. Mister prezis în urmă cu 67 de ani, care va schimba fizica

O echipă internațională de oameni de știință condusă de Universitatea Michigan din Statele Unite a făcut o descoperire de senzație, care a fost prezentată în prestigioasa revistă Nature pe 9 august 2023. Fizicienii au găsit particula „diavolului” transparentă, fără masă și neutră, care ar putea ajuta oamenii de știință să înțeleagă mai bine supraconductorii.

Studiul s-a concentrat pe căutarea unei particule teoretizată pentru prima dată de fizicianul David Pines în 1956, potrivit Jerusalem Post. În materialele solide, electronii acționează neregulat, combinându-se în unități colective. Dacă este introdusă suficientă energie, electronii pot forma plasmoni – unde care acționează oarecum ca o particulă (cunoscută și ca o cvasiparticulă) – dacă este introdusă suficientă energie, deși, de obicei, masa solidelor este prea mare pentru plasmoni (unități de plasmă, teoretizate de asemenea de Pines împreună cu David Bohm în 1952), de a se forma la temperatura camerei.

Particulele „demonice”, care pot fi conceptualizate și ca valuri, ar fi diferite. Deoarece nu au masă, se pot forma cu orice energie și, prin urmare, la orice temperatură. Pines a teoretizat că electronii dintr-un solid s-ar putea combina pentru a forma doi plasmoni care apoi s-ar defaza unul cu celălalt în așa fel încât vârfurile undelor unui plasmon să coincidă cu curburile undelor celuilalt plasmon. Această nouă cvasiparticulă ar fi fără masă, neutră și nu ar interacționa cu lumina. Pines s-a referit la această particulă teoretică, numind-o a „diavolului” sau  „demonică”.

Problema este că majoritatea studiilor despre electroni folosesc lumină, ceea ce i-ar împiedica pe fizicieni să detecteze o particulă demonică, deoarece nu interacționează cu lumina. „Marea majoritate a experimentelor sunt făcute cu lumină și măsoară proprietăți optice, dar a fi neutru din punct de vedere electric înseamnă că demonii nu interacționează cu lumina”, a spus Peter Abbamonte, profesor de fizică la Universitatea din Illinois Urbana-Champaign și autor principal al lucrării publicate în revista Nature. „A fost nevoie de un tip complet diferit de experiment.”

Un grup de cercetare condus de Yoshi Maeno, profesor de fizică la Universitatea din Kyoto, a sintetizat eșantioane de metal de înaltă calitate pentru echipa lui Abbamonte, care a examinat eșantioanele cu spectroscopie de pierdere de energie a electronilor cu un impuls. Această metodă de examinare folosește energia de la electronii „aruncați” în metal pentru a observa direct caracteristicile metalului, inclusiv plasmonii. În timp ce cercetau datele colectate, cercetătorii au descoperit ceva neașteptat: un model electronic fără masă.

„La început, nu aveam idee despre ce este”, a spus fostul student absolvent Ali Husain, coautor al studiului. „Demonii nu sunt în curent. Posibilitatea a apărut devreme și practic am râs. Dar, pe măsură ce am început să excludem lucrurile, am început să bănuim că am găsit cu adevărat demonul.” Edwin Huang, un cercetător postdoctoral la Universitatea din Illinois Urbana-Champaign, a explicat că echipa a trebuit să efectueze un calcul microscopic pentru a înțelege ce se întâmplă. „Când am făcut asta, am găsit o particulă constând din două benzi de electroni care oscilează în afara fazei cu o magnitudine aproape egală, la fel cum a descris Pines.”