کشف تصادفی این ذره معمای 67 ساله را حل کرد

دانشمندان در حین مطالعه ماده ای که می تواند به کشف اسرار ابررساناها کمک کند، به طور تصادفی یک ذره را کشف کردند که برای اولین بار تقریباً ۷۰ سال پیش شناخته شده بود، اما هرگز به طور تجربی تأیید نشده بود.

به گزارش سیناپرس، الکترون ها ذرات عجیبی هستند. هنگامی که آنها در میان جامدات حرکت می کنند، برهمکنش آنها با یکدیگر می تواند برانگیختگی های جمعی ایجاد کند که مانند ذرات کاملاً جدید با ویژگی های متفاوت عمل می کند. این ذرات کاملاً جدید به عنوان شبه ذرات شناخته می شوند.

شکل خاصی از شبه ذرات به نام پلاسمون، به دلیل نوسانات پلاسما رخ می دهد که دارای بار و جرم جدیدی جدا از الکترون های تشکیل دهنده آنها هستند. با این حال، تصور می شد که وجود پلاسمون ها در دمای اتاق غیرممکن است زیرا سطوح انرژی برای توده های مورد نیاز برای تشکیل آنها ناکافی است.

اما در سال ۱۹۵۶، دیوید پینز (David Pines) فیزیکدان نظری، استثنایی از این قاعده را پیش‌بینی کرد: الکترون‌ها در نوارهای انرژی متعدد می‌ توانند در یک الگوی خارج از فاز با هم گروه شده و پلاسمونی را تشکیل دهند که جرم یا بار ندارد. بدون هیچ جرمی، آنها می توانند در هر سطح انرژی و بنابراین در هر دمایی تشکیل شوند. این ذره نظری به شیطان معروف شد و از آن زمان تاکنون از شناسایی دور مانده است.

اکنون دانشمندان دانشگاه ایلینویز اوربانا-شامپین و دانشگاه کیوتو اولین تشخیص مستقیم این ذره را در فلزی به نام استرانسیوم روتنات انجام داده ‌اند.

پیتر آبامونته (Peter Abbamonte) پژوهشگر اصلی این مطالعه، گفت: اکثریت قریب به اتفاق آزمایش‌ها با نور انجام می ‌شوند و ویژگی‌های نوری را اندازه‌ گیری می ‌کنند، اما خنثی بودن الکتریکی به این معنی است که ذره ها با نور تعامل ندارند بنابراین یک نوع آزمایش کاملا متفاوت مورد نیاز بود.

استرانسیوم روتنات یک فلز جذاب است که برخی از خواص ابررساناهای با دمای بالا را نشان می ‌دهد، اگرچه خود این فلز نیست. این تیم تحقیقاتی امیدوار بود که با مطالعه خواص الکترونیکی این ماده با روشی به نام طیف ‌سنجی اتلاف انرژی الکترون با تفکیک تکانه، سرنخ‌هایی از این پدیده ارزشمند پیدا کنند. این موضوع شامل انفجار فلز با الکترون ها برای مشاهده خواص آن، از جمله هر شبه ذره ای است که ممکن است تشکیل شود. با انجام این کار، محققان یک پلاسمون گیج کننده بدون جرم را کشف کردند.

علی حسین (Ali Husain) یکی دیگر از محققان این مطالعه، گفت: در ابتدا نمی ‌دانستیم این ذره چیست. او افزود: کم کم شک کردیم که واقعاً ذره شیطان را پیدا کرده ایم. در ادامه دانشمندان ساختار الکترونیکی استرانسیوم روتنات را بررسی کرده و شیطانی که ۶۷ سال پنهان مانده بود سرانجام مورد توجه قرار گرفت.

به گزارش سیناپرس، ادوین هوانگ (Edwin Huang) یکی از پژوهشگران این مطالعه در پایان گفت: پیش‌بینی ذره شیاطین مستلزم شرایط نسبتاً خاصی است و برای هیچ‌ کس مشخص نبود که آیا استرانسیوم روتنات اصلاً باید ذره شیطان داشته باشد یا خیر. ما مجبور شدیم یک محاسبه میکروسکوپی انجام دهیم تا مشخص شود چه اتفاقی در حال رخ دادن است. وقتی این کار را انجام دادیم، ذره‌ ای متشکل از دو باند الکترونی پیدا کردیم که در خارج از فاز با قدر تقریباً مساوی نوسان می ‌کردند. این تیم معتقد است که ذرات شیطانی ممکن است نقش کلیدی در رفتارهای الکترونیکی طیف وسیعی از فلزات داشته باشند.

شرح کامل این تحقیق در مجله Nature منتشر شده است.

مترجم: مهدی فلاحی پناه