ذره ۷۰ ساله‌ای که تازه کشف شد!

به گزارش مجله خبری نگار، الکترون‌ها ذرات عجیبی هستند. هنگامی که آن‌ها در میان جامدات حرکت می‌کنند، برهمکنش آن‌ها با یکدیگر می‌تواند برانگیختگی‌های جمعی ایجاد کند که مانند ذرات کاملاً جدید با ویژگی‌های متفاوت عمل می‌کند. این ذرات کاملاً جدید به عنوان شبه ذرات شناخته می‌شوند.

شکل خاصی از شبه ذرات به نام پلاسمون، به دلیل نوسانات پلاسما رخ می‌دهد که دارای بار و جرم جدیدی جدا از الکترون‌های تشکیل دهنده آن‌ها هستند. با این حال، تصور می‌شد که وجود پلاسمون‌ها در دمای اتاق غیرممکن است، زیرا سطوح انرژی برای توده‌های مورد نیاز برای تشکیل آن‌ها ناکافی است.

اما در سال ۱۹۵۶، دیوید پینز (David Pines) فیزیکدان نظری، استثنایی از این قاعده را پیش‌بینی کرد: الکترون‌ها در نوار‌های انرژی متعدد می‌توانند در یک الگوی خارج از فاز با هم گروه شده و پلاسمونی را تشکیل دهند که جرم یا بار ندارد. بدون هیچ جرمی، آن‌ها می‌توانند در هر سطح انرژی و بنابراین در هر دمایی تشکیل شوند. این ذره نظری به شیطان معروف شد و از آن زمان تاکنون از شناسایی دور مانده است.

اکنون دانشمندان دانشگاه ایلینویز اوربانا-شامپین و دانشگاه کیوتو اولین تشخیص مستقیم این ذره را در فلزی به نام استرانسیوم روتنات انجام داده اند.

پیتر آبامونته (Peter Abbamonte) پژوهشگر اصلی این مطالعه، گفت: اکثریت قریب به اتفاق آزمایش‌ها با نور انجام می‌شوند و ویژگی‌های نوری را اندازه گیری می‌کنند، اما خنثی بودن الکتریکی به این معنی است که ذره‌ها با نور تعامل ندارند بنابراین یک نوع آزمایش کاملا متفاوت مورد نیاز بود.

استرانسیوم روتنات یک فلز جذاب است که برخی از خواص ابررسانا‌های با دمای بالا را نشان می‌دهد، اگرچه خود این فلز نیست. این تیم تحقیقاتی امیدوار بود که با مطالعه خواص الکترونیکی این ماده با روشی به نام طیف سنجی اتلاف انرژی الکترون با تفکیک تکانه، سرنخ‌هایی از این پدیده ارزشمند پیدا کنند. این موضوع شامل انفجار فلز با الکترون‌ها برای مشاهده خواص آن، از جمله هر شبه ذره‌ای است که ممکن است تشکیل شود. با انجام این کار، محققان یک پلاسمون گیج کننده بدون جرم را کشف کردند.

علی حسین (Ali Husain) یکی دیگر از محققان این مطالعه، گفت: در ابتدا نمی‌دانستیم این ذره چیست. او افزود: کم کم شک کردیم که واقعاً ذره شیطان را پیدا کرده ایم. در ادامه دانشمندان ساختار الکترونیکی استرانسیوم روتنات را بررسی کرده و شیطانی که ۶۷ سال پنهان مانده بود سرانجام مورد توجه قرار گرفت.

ادوین هوانگ (Edwin Huang) یکی از پژوهشگران این مطالعه در پایان گفت: پیش‌بینی ذره شیاطین مستلزم شرایط نسبتاً خاصی است و برای هیچ کس مشخص نبود که آیا استرانسیوم روتنات اصلاً باید ذره شیطان 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 قدر تقریباً مساوی نوسان می‌کردند. این تیم معتقد است که ذرات شیطانی ممکن است نقش کلیدی در رفتار‌های الکترونیکی طیف وسیعی از فلزات داشته باشند.