A tudósok csaknem 70 évvel azután fedezik fel a megfoghatatlan „ördögrészecskét”, hogy először megjósolták

A tudósok felfedeztek egy „ördögi részecskét”, amely olyan szupravezetőkhöz vezethet, amelyek szobahőmérsékleten vezetik az elektromosságot – ez a fizika „szent grálja”.

A szupravezető olyan fém vagy ötvözet, amely ellenállás nélkül képes elektromos áramot vezetni, de a hőmérsékletnek 100 Fahrenheit és fagypont alatt kell lennie.

Az Illinoisi Egyetem kutatói a közelmúltban azonosítottak egy olyan részecskét, amelynek nincs tömege, vagyis bármilyen hőmérsékleten kialakulhat a stroncium-rutenát ásványban – közel 70 évvel azután, hogy az „ördögök” megjósolták.

A szupravezetőket olyan folyamatokban használják, mint a megemelt vonatok és a nagy felbontású mágneses rezonancia képalkotó (MRI) gépek, de a szobahőmérsékleten működő anyagok kiköveznék az utat a nagyobb teljesítményű számítógépek számára.

A szupravezetést több mint 100 évvel ezelőtt fedezték fel olyan higanyban, amelyet mínusz 452 Fahrenheit-ig folyékony hélium hőmérsékletre hűtöttek le.

A higany szupravezető képességének felfedezése után ezt a jelenséget más anyagoknál is megfigyelték nagyon alacsony hőmérsékleten.

Az anyagok között számos fém, valamint nióbium és titán ötvözet szerepelt, amelyekből könnyen huzalt lehetett készíteni

Az ördögi részecskét először David Baines elméleti fizikus jósolta meg 1956-ban, aki úgy vélte, hogy az elektronok „furcsa” kölcsönhatásba lépnek, amikor szilárd testen áthaladnak.

Az elektronok elveszíthetik egyéniségüket szilárd testekben, mivel az elektromos kölcsönhatások hatására az elektronok egyesülnek, és kollektív egységeket alkotnak.

Elegendő energiával az elektronok összetett részecskéket, úgynevezett plazmonokat képezhetnek, amelyek új töltéssel és tömeggel rendelkeznek, amelyet alapvető elektromos kölcsönhatások határoznak meg.

A tömeg azonban általában túl nagy ahhoz, hogy a szobahőmérsékleten rendelkezésre álló energiákkal plazmonok képződjenek – de Baines feltételezte, hogy ez alól van kivétel.

A fizikus azzal érvelt, hogy ha egy szilárd testben egynél több energiasávban vannak elektronok, mint sok fémnél, akkor plazmonjaik egy fázison kívüli mintázatban egyesülhetnek, és egy új tömeg nélküli, semleges plazmont alkothatnak – egy démont.

Mivel a démonok tömegtelenek, bármilyen energiával kialakulhatnak, és minden hőmérsékleten létezhetnek.

Ez olyan feltételezésekhez vezetett, hogy alapvető hatásuk van a többléptékű ásványok viselkedésére.

A felfedezést Peter Abamonte, az Illinois Urbana-Champaign Egyetem fizikaprofesszora vezette kutatócsoport tette, aki a stroncium-rutenát ásványi anyag tanulmányozása során térképezte fel Baines előrejelzését.

A kísérlet nem a szupravezetőkre vonatkozott, de a fém olyan, mint egy magas hőmérsékletű szupravezető anélkül, hogy az lenne.

A kutatók egy fém elektronikus tulajdonságainak első szkennelését végezték úgy, hogy elektronokkal robbantották fel, és megidézték az ördögöt a fém tulajdonságain belül.

Abamonte egykori végzős diákkal, Ali Hussainnel dolgozott a projekten, aki azt mondta: „Először fogalmunk sem volt, mi az.

Az ördögök nem tartoznak a fősodorba. A lehetőség korán felmerült, és alapvetően nevettünk rajta.

„De ahogy elkezdtük kizárni a dolgokat, gyanítani kezdtük, hogy valóban megtaláltuk az Ördögöt.”

Edwin Huangot, az UIUC Moore posztdoktori kutatóját és a kondenzált anyag elméleti szakértőjét végül felkérték, hogy számítsa ki a stroncium-rutenát elektronszerkezetének jellemzőit.

Pines démonokra vonatkozó előrejelzése meglehetősen specifikus feltételeket igényelt, mondta Huang, és senki számára nem volt világos, hogy a stroncium-rutenátnak kell-e egyáltalán démonnak lennie.

Mikroszkopikus számítást kellett végeznünk, hogy kitaláljuk, mi történik. Amikor ezt megtettük, találtunk egy két elektronsávból álló részecskét, amelyek nagyjából azonos erősséggel oszcillálnak fázison kívül, ahogy Baines leírta.