Американські вчені шукали пояснення властивостей одного металу, а натомість виявили легендарну "демонічну" частинку. Це відкриття може змінити розуміння надпровідників і наблизити людство до енергетичної незалежності.
67 років тому фізик Девід Пайнс передбачив існування незвичайної квазічастинки. Вона не має маси, електрично нейтральна і тому практично невидима для приладів. Науковець назвав її "демоном" — від англійського "distinct electron motion" (особливий рух електронів) з додаванням традиційного для фізики закінчення "-он".
Дослідники з Університету Іллінойсу знайшли цього квантового привида зовсім випадково. Команда вивчала метал стронцій рутенат, намагаючись зрозуміти його дивну поведінку. Матеріал має властивості високотемпературних надпровідників, хоча сам таким не є.
Несподіваний гість у кристалічній решітці
"Спочатку ми не мали жодного уявлення, що це таке. Демони не входять до мейнстріму фізики", — розповів співавтор дослідження Алі Хусейн. Вчені навіть сміялися з такої можливості. Проте коли відкинули всі інші варіанти, довелося визнати неймовірне.
Для виявлення частинки фізики обстрілювали кристал електронами та вимірювали зміни енергії з надзвичайною точністю. Квазічастинка виявилася занадто повільною для поверхневого плазмону, але занадто швидкою для акустичного фонону. Саме ця аномалія вказала на демона Пайнса.
Професор Пітер Аббамонте підкреслює важливість випадкових спостережень у науці. Більшість великих відкриттів не планують заздалегідь — просто дивляться туди, куди ще ніхто не заглядав.
Ключ до енергетичної революції
Відкриття має колосальне значення для розуміння високотемпературних надпровідників. Стандартна теорія BCS пояснює надпровідність взаємодією електронів з фононами — природними коливаннями атомної решітки. Але ця теорія не працює для екзотичних матеріалів, які стають надпровідниками при відносно високих температурах (близько мінус 130 градусів Цельсія).
Безмасова природа демона означає, що він може формуватися за будь-якої енергії та температури. Це відкриває шлях до створення надпровідників, які працюватимуть при кімнатній температурі. Такі матеріали змінять світ — від левітуючих поїздів до квантових комп'ютерів без охолодження.
Результати опубліковані в престижному журналі Nature. Тепер фізики по всьому світу шукатимуть демонів в інших матеріалах, щоб розкрити їхні таємниці.
