Американские ученые искали объяснение свойств одного металла, а вместо этого обнаружили легендарную «демоническую» частицу. Это открытие может изменить понимание сверхпроводников и приблизить человечество к энергетической независимости.
67 лет назад физик Дэвид Пайнс предсказал существование необычной квазичастицы. Она не имеет массы, электрически нейтральна и поэтому практически невидима для приборов. Ученый назвал ее «демоном» – от английского «distinct electron motion» (особое движение электронов) с добавлением традиционного для физики окончания «-он».
Исследователи из Университета Иллинойса обнаружили этот квантовый призрак совершенно случайно. Команда изучала металл стронций рутенат, пытаясь понять его странное поведение. Материал обладает свойствами высокотемпературных сверхпроводников, хотя сам таковым не является.
Неожиданный гость в кристаллической решетке
«Сначала мы не имели ни малейшего представления, что это такое. Демоны не входят в мейнстрим физики», – рассказал соавтор исследования Али Хусейн. Ученые даже смеялись над такой возможностью. Однако когда отбросили все другие варианты, пришлось признать невероятное.
Для обнаружения частицы физики обстреливали кристалл электронами и измеряли изменения энергии с чрезвычайной точностью. Квазичастица оказалась слишком медленной для поверхностного плазмона, но слишком быстрой для акустического фонона. Именно эта аномалия указала на демона Пайнса.
Профессор Питер Аббамонте подчеркивает важность случайных наблюдений в науке. Большинство великих открытий не планируются заранее – просто смотрят туда, куда еще никто не заглядывал.
Ключ к энергетической революции
Открытие имеет колоссальное значение для понимания высокотемпературных сверхпроводников. Стандартная теория BCS объясняет сверхпроводимость взаимодействием электронов с фононами – естественными колебаниями атомной решетки. Но эта теория не работает для экзотических материалов, которые становятся сверхпроводниками при относительно высоких температурах (около минус 130 градусов Цельсия).
Безмассовая природа демона означает, что он может формироваться при любой энергии и температуре. Это открывает путь к созданию сверхпроводников, которые будут работать при комнатной температуре. Такие материалы изменят мир – от левитирующих поездов до квантовых компьютеров без охлаждения.
Результаты опубликованы в престижном журнале Nature. Теперь физики по всему миру будут искать демонов в других материалах, чтобы раскрыть их тайны.
