物理学家确认无质量粒子“恶魔”的存在

物理学家研究一个奇异的金属已经发现了新证据证明所谓的“魔鬼”粒子的存在——一个推测未知的准粒子扮演重要的角色在决定电子行为的各种金属和超导体。

该研究发表在《华尔街日报》自然。

恶魔在物理

凝聚态物理的核心原则是电子在固体时失去个性。有足够的能量——通常在非常高的温度下这些电子振荡在一起,他们产生的粒子称为等离子体。

就像物理振动声子的量子力学描述,等离子体材料描述离域电子的振荡。根据所涉及的电子,等离子体将有一个新的电荷和质量。这种新的质量通常是如此之多,等离子体在室温下不会形成。

但在1956年,理论物理学家大卫松树作了预测。他认为,如果一个固体有不止一个能带,是许多金属做的,那么它的等离子体可以在不同相的模式结合,形成一个新的质量和chargeless等离子体。松树会命名这个新的中性等离子体粒子“恶魔”,一出戏在民主党缩写“独特的电子运动”。

由于这个粒子质量,松树认为它甚至可能形成在室温或以下。这样的粒子能够存在温度,研究人员推测,这些恶魔粒子可能发挥重要作用在超导体电子转换中,半金属和其他有趣的材料。

在过去的67年里,松树的预测已经只是一个预测。这主要是由于这一事实恶魔粒子独特的特性也使它非常适合规避传统的检测手段。

“绝大多数的实验完成光和测量光学性质,但电中性意味着恶魔不与光相互作用,“说彼得Abbamonte,伊利诺伊大学香槟分校的物理学教授。“一个完全不同的实验是必要的。”

67岁的预测证实了在不相关的研究

最近,Abbamonte首席研究员项目调查锶ruthenate (Sr₂RuO₄)。青鸾这种金属是有趣的相似性没有实际上是一个高温超导体。

希望能解释为什么锶ruthenate缺乏这个属性,耀西Maeno京都大学的物理学教授,合成一些高质量的金属样品传递给Abbamonte和前研究生阿里·侯赛因进行研究。

要做到这一点,该团队使用的非标准技术momentum-resolved电子能量损失谱(M-EELS),它使用能量从电子在金属样品直接观察被解雇的特性,包括任何形式的等离子体。

在研究数据,研究人员发现一些不寻常的东西:电子模式已被观察到,但是它没有可测量的质量。

一个偶然的发现?

远非一个重大的发现,研究人员起初不明白什么可能会导致这些读数。有其他已知的粒子,但这个准粒子的速度过快是一个声学声子和表面声子太慢。

“起初,我们不知道它是什么。恶魔不是主流。可能出现在早期,我们基本上一笑置之,“回忆侯赛因。“但是,当我们开始执政,我们开始怀疑真的发现妖精。”

进一步的调查,研究人员联系埃德温·黄凝聚态理论、伊利诺伊大学香槟分校计算锶ruthenate电子结构的特性。

“松树恶魔需要预测,而具体情况,尚不清楚任何人锶ruthenate是否应该有一个恶魔,”黄说。“我们不得不执行一个微观计算澄清到底发生了什么。当我们这样做的时候,我们发现一个粒子组成的两个电子乐队振荡不同相的大小几乎相同,就像松树描述。”

“恶魔已经从理论上推测很长一段时间,但是实验从来没有学过他们,“Abbamonte说。“事实上,我们甚至没有寻找它。但事实证明我们做正确的事情,我们发现它。”

魔鬼可能是一个“无处不在”的一些金属

虽然他的团队没有着手证明这样一个准粒子的存在,Abbamonte坚定地指出,这并非偶然团队“偶然”是如何发现恶魔的粒子。M-EELS技术不是很广泛使用,这里被部署在一个材料还没有被广泛的研究。

“这说明只是测量东西的重要性,“Abbamonte说。“大多数大发现是没有计划。你去看新的地方,看看那里有什么。”

同样重要的是要注意,恶魔粒子被推测在扮演一个角色调解超导,这可能会吸引在其它领域的研究人员的关注。超导体允许通过电通过他们没有阻力,因此可以极大地影响电子和能量转移技术的效率。

现在他们的存在已被证实,这项研究的作者鼓励进一步研究这些粒子。写在报纸上,有潜在的扫描电镜测量提供更多的信息关于恶魔的粒子。其他金属的研究也可能导致独特的见解,他们说。

参考:侯赛因AA,黄电子战,尹浩然,Mitrano。松树的恶魔观察作为一个3 d Sr声等离子体₂RuO₄。自然。2023年。doi:10.1038 / s41586 - 023 - 06318 - 8

这篇文章是一个返工的新闻稿伊利诺伊大学香槟分校发行的。材料已经编辑的长度和内容。