Физики впервые обнаружили "демона" в металле — частицу без массы и заряда

Исследователи из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне впервые экспериментально подтвердили существование безмассовой нейтральной квазичастицы, известной как «демон Пайнса», теоретически предсказанной физиком Дэвидом Пайнсом в 1956 году. Открытие было опубликовано в журнале Nature.

Команда ученых обнаружила эту квазичастицу случайно при изучении металлического рутената стронция. Исследователи пытались понять, почему этот материал демонстрирует свойства высокотемпературных сверхпроводников при температуре около -130°C, хотя сам сверхпроводником не является.

В ходе экспериментов физики зафиксировали необычную квазичастицу, которая двигалась слишком медленно для поверхностного плазмона, но слишком быстро для акустического фонона. Для идентификации «демона» ученые испускали электроны из кристалла рутената стронция и с высокой точностью измеряли прирост энергии. Полученные данные позволили отследить импульс квазичастицы в материале.

Термин «демон» в данном контексте происходит от фразы «отдельное движение электронов» и представляет собой особый тип плазмона — дискретной волны в электронной плазме, которая не имеет массы и электрически нейтральна.

Открытие имеет важное значение для понимания механизмов высокотемпературной сверхпроводимости. Поскольку «демон» не имеет массы, он теоретически может формироваться при любой энергии и температуре. Это может объяснить явление сверхпроводимости в материалах, где стандартная теория БКШ (взаимодействие электронов и фононов) не работает.

Профессор Питер Аббамонте, соавтор исследования, отметил, что это открытие подчеркивает важность фундаментальных измерений в науке, поскольку многие значимые научные прорывы происходят неожиданно при исследовании новых областей.