دانشمندان در حین مطالعه ماده ای مرتبط با اسرار ابررساناها ، به طور تصادفی یک ذره دمون را کشف کردند که 67 سال پیش نظریه پردازی شد، اما هرگز به طور تجربی تأیید نشده بود.
به گزارش تکناک، 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 باعث می شود الکترون ها مانند ذرات کاملاً جدید با ویژگی های متفاوت عمل کنند. اینها به عنوان شبه ذرات شناخته می شوند.
شکل خاصی از شبه ذرات، به نام پلاسمون، به دلیل نوسانات پلاسما رخ می دهد و دارای بار و جرم جدیدی متفاوت از الکترون های تشکیل دهنده آنها دارند. با این حال، تصور می شد که تشکیل پلاسمون ها در دمای اتاق غیرممکن است زیرا سطوح انرژی مورد نیاز برای تشکیل توده های آنها ناکافی است.
اما در سال 1956، دیوید پاینز، فیزیکدان نظری، استثنایی از این قاعده را پیشبینی کرد: الکترونها در نوارهای انرژی متعدد میتوانند در یک الگوی خارج از فاز با هم تجمیع شوند 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 «دمون پاینز» معروف شد و از آن زمان تاکنون از شناسایی دور مانده است.
اکنون دانشمندان دانشگاه ایلینوی اوربانا-شامپین و دانشگاه کیوتو اولین کشف مستقیم ذره دیمون را در فلزی به نام استرانسیوم روتنات انجام دادهاند.
پیتر آبامونته، نویسنده اصلی این مطالعه، گفت: اکثریت قریب به اتفاق آزمایشها با نور انجام میشوند و ویژگیهای نوری را اندازهگیری میکنند، اما خنثی بودن الکتریکی به این معنی است که ذرات دمون با نور تعامل ندارند. بنابراین یک نوع آزمایش کاملا متفاوت مورد نیاز بود.
استرانسیوم روتنات یک فلز جالب است که برخی از خواص ابررساناهای با دمای بالا را نشان میدهد. این تیم امیدوار بود که با مطالعه خواص الکترونیکی این ماده با روشی به نام طیفسنجی اتلاف انرژی الکترون با تفکیک تکانه، سرنخهایی از این پدیده ارزشمند پیدا کنند.
این روش شامل انفجار فلز با الکترون ها برای مشاهده خواص آن، از جمله هر شبه ذره ای است که ممکن است تشکیل شود، است. با انجام این کار، محققان یک پلاسمون متحیر کننده بدون جرم را کشف کردند.
علی حسین، یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت: در ابتدا نمیدانستیم که چیست. ذرات دیمون کاندیدای اصلی ما نبودند. این احتمال در اوایل به وجود آمد و ما اساساً به آن خندیدیم. اما، همانطور که شروع به رد کردن گزینه ها کردیم، شروع به شک کردیم که آیا واقعاً دیمون را پیدا کرده ایم.
دانشمندان برای بررسی بیشتر، ساختار الکترونیکی استرانسیوم روتنات را بررسی کردند و مطمئناً ذرات دیمونی که 67 سال پنهان مانده بود سرانجام مورد توجه قرار گرفت.
ادوین هوانگ، یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: پیشبینی پاینز از ذرات دمون مستلزم شرایط نسبتاً خاصی است و برای هیچکس مشخص نبود که آیا استرانسیوم روتنات اساسا باید دمون 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، ذرهای متشکل از دو باند الکترونی پیدا کردیم که در خارج از فاز با نسبت تقریباً مساوی نوسان میکردند، دقیقاً همانطور که پاینز توضیح داد.
این تیم معتقد است که ذرات دیمون ممکن است نقش کلیدی در رفتارهای الکترونیکی طیف وسیعی از فلزات داشته باشند.
