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.
![Квазичастица “демон” наконец-то обнаружен после десятилетий предсказаний 2 квазичастиц](https://i0.wp.com/etm-club.site/wp-content/uploads/2023/08/kvazichasticz-02.jpg?resize=837%2C343)
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