Колебания были обнаружены при изучении свойств сверхпроводников.
Плазмоны – действительно необычные квазичастицы. Они возникают в результате квантованных колебаний в плазме – четвертом и наиболее распространенном состоянии материи. Как свет является электромагнитным колебанием с собственной частицей – фотоном, так и другие колебания могут создавать нечто подобное. Одним из самых странных плазмонов, несомненно, является Демон Пайнса, а тот факт, что он звучит как название какого-нибудь зловещего криптида, только способствует его известности. Но спустя десятилетия его наконец-то удалось наблюдать.
Что же такого сделал этот плазмон, чтобы заслужить имя “демон”? В 1956 году физик-теоретик Дэвид Пайнс обнаружил, что при соответствующих условиях электроны в твердом теле могут вести себя совершенно не так, как они ведут себя обычно. Электроны имеют небольшую, но вполне определенную массу и электрически заряжены. Но они могут взаимодействовать между собой, создавая квазичастицу, которая не имеет массы, электрического заряда и не взаимодействует со светом. В принципе, эта квазичастица существует, но мы не можем ее увидеть. На наш взгляд, звучит довольно демонически.
Открытие Демона Пайнса произошло совершенно случайно. Группа исследовала металл рутенат стронция, поскольку он имеет сходство с высокотемпературными сверхпроводниками. Мы не знаем точно, как возникает сверхпроводимость, поэтому так велик был интерес к LK-99 как к возможному комнатно-температурному сверхпроводнику. Высказывались предположения, что здесь как раз играют роль демоны, но их неуловимость не давала возможности охотиться за ними.
Команда исследовала электронные свойства образца, обстреливая электронами высококачественные образцы металла. Это нестандартная методика, но она позволила изучить плазмоны, образующиеся в металле. Ученые удивились, увидев, что один из них, как оказалось, вообще не имеет массы.
“Сначала мы понятия не имели, что это такое. Демоны не вписываются в общую картину. Это случилось еще в самом начале, и мы, в общем-то, отмахнулись от нее. Но по мере того, как мы начали исключать все возможные варианты, мы стали подозревать, что действительно нашли демона”, – сказал в своем заявлении ведущий автор исследования д-р Али Хусайн, ныне научный сотрудник компании Quantinuum.
Чтобы подтвердить, что перед ними действительно демон, исследователям необходимо было детально проанализировать свойства материала. Демоны не появляются где попало.
“Предсказание Пайнса о демонах требует довольно специфических условий, и никому не было ясно, должен ли рутенат стронция вообще иметь демона”, – добавил соавтор исследования д-р Эдвин Хуанг из Университета Иллинойса Урбана-Шампейн. – “Нам пришлось провести микроскопический расчет, чтобы прояснить, что происходит. Когда мы это сделали, то обнаружили частицу, состоящую из двух электронных полос, колеблющихся вне фазы с почти одинаковой величиной, как и описывал Пайнс”.
Команда утверждает, что это не случайное открытие. Они пытались проверить нестандартной методикой малоизученный материал. Но нашли нечто иное.
“Это говорит о важности простого измерения вещей”, – пояснил профессор Питер Аббамонте, также работающий в Университете Иллинойса Урбана-Шампейн. – “Большинство крупных открытий нельзя запланировать. Вы просто отправляетесь в новое место и смотрите, что там есть”.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
Читайте также: Исследователи пытаются создать темную материю