|
Обнаружили неуловимую частицу демона
|
|
|
|
Ученые обнаружили «частицу демона», которая может привести к сверхпроводникам, проводящим электричество при комнатной температуре — «святой Грааль» физики. Сверхпроводник — это определенный металл или сплав, способный проводить электричество без сопротивления, но для работы температура должна быть ниже 100F ниже нуля. Исследователи из Университета Иллинойса недавно идентифицировали безмассовую частицу, то есть она может образовываться при любой температуре, в металлическом рутенате стронция — почти через 70 лет после того, как впервые были предсказаны «демоны». Сверхпроводники используются в таких операциях, как левитирующие поезда и высокоточные машины магнитно-резонансной томографии (МРТ), 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 при минус 452°F. После открытия сверхпроводимости ртути это явление наблюдалось и в других материалах при очень низких температурах. Материалы включали несколько металлов и сплав ниобия и титана, из которых можно было легко сделать проволоку.
|
|
|
Частица-демон была впервые предсказана физиком-теоретиком Дэвидом Пайнсом в 1956 году, который считал, что электроны будут «странно» реагировать при движении через твердое тело. Электроны могут терять свою индивидуальность в твердых телах, поскольку электрические взаимодействия заставляют электроны объединяться в коллективные единицы. Обладая достаточной энергией, электроны могут образовывать составные частицы, называемые плазмонами, с новым зарядом и массой, определяемыми лежащими в их основе электрическими взаимодействиями. Однако масса обычно настолько велика, что плазмоны не могут образовываться при энергиях, доступных при комнатной температуре, но Пайнс 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 соответствующие плазмоны могут объединяться в противофазе, образуя новый плазмон, который является безмассовым и нейтральным — демоном. Поскольку демоны не имеют массы, они могут формироваться с любой энергией и могут существовать при любых температурах.
|
|
|
|
Это привело к предположению, что они существенно влияют на поведение многозонных металлов. Открытие было сделано группой исследователей во главе с Питером Аббамонте, профессором физики Иллинойского университета в Урбана-Шампейне, который подтвердил предсказание Пайнса при изучении рутената металлического стронция. Эксперимент не был связан со сверхпроводниками, но металл подобен высокотемпературным сверхпроводникам, но не является таковым. Исследователи провели первое исследование электронных свойств металла, взорвав его электронами, которые вызвали демона в чертах металла. Аббамонте работал над проектом с бывшим аспирантом Али Хусейном, который сказал: «Сначала мы понятия не имели, что это такое. Демоны не в мейнстриме. Такая возможность появилась на раннем этапе, и мы, по сути, посмеялись над ней. «Но когда мы начали исключать вещи, мы начали подозревать, что действительно нашли демона». Эдвина Хуанга, доктора Мура в UIUC и теоретика конденсированных сред, в конце концов попросили рассчитать особенности электронной структуры рутената стронция. «Предсказание Пайнсом демонов требует довольно специфических условий, и никому не было ясно, должен ли рутенат стронция вообще иметь демона», — сказал Хуан. «Нам пришлось провести микроскопический расчет, чтобы прояснить, что происходит. Когда мы это сделали, мы обнаружили частицу, состоящую из двух электронных полос, колеблющихся в противофазе с почти одинаковой амплитудой, как и описал Пайнс».
|
|
|
|
Источник
|
