"Ovo je demon!" Naučnici u potpunom šoku! Tražili egzotičnu materiju, a onda ugledali nešto jezivo!

Fizičari koji izučavaju egzotične materijale naleteli su na bitan kvantni fenomen koji je predviđen u teoriji još pre nekoliko decenija.

Zove se "Pajnsov demon", predvideo ga je 1956. godine fizičar Dejvid Pajns, a otkriven je u materijalu koji se zove stroncijum rutenat (Sr2RuO4).

- Ovo smo pronašli slučajno. Videli smo ovu eksitaciju 2018, trebalo nam je vremena da shvatimo o čemu je reč, i ispostavilo se da je ovaj "demon" u pitanju - kaže Piter Abamonte sa Univerziteta Ilinois.

U nauci je "demon" obično zamišljeni protivnik naučnika i filozofa, protiv kojeg raspravljaju u misaonom eksperimentu, ali Pajnsov "demon" je nešto sasvim drugo.

On je tip plazmona - diskretnog "odreda" talasa koji se šire kroz populaciju elektrona. Plazmoni su opisani kao kvantna analogija akustičnog zvuka u klasičnom gasu.

Pajns je nazvao ovaj plazmon "demonom" u čast Džejmsa Klerka Maksvela, koji je napravio koncept Maksvelovog demona, i zato što je to poseban pokret elektrona (DEM).

Kad se zvučni talas "migolji" kroz skup čestica, on se lagano "utišava". Kad je reč o kvantnim "zvukovima", međutim, plazmon "igra na sve ili ništa". Veoma specifična količina energije je potrebna za svako povećavanje frekvencije.

Pajnsov demon je frekvencija plazmona bez "troška" ili električnog naboja. On se javlja kad se elektroni u materijalu koji imaju različite energetske opsege, ili "bendove", pomere iz faze.

Nema transfera energije, ali postoji pomeranje u zauzetosti opsega. "Demon" je neutralni kolektivni mod koji je "utišan" ili zasenjen, od strane druge grupe elektrona.

Plazmoni su ranije uočeni i izučavani na 2D metalima, ali pošto su električno neutralni i ne dupliraju se sa svetlošću, teško ih je detektovati. Ovo nas dovodi do stroncijum rutenata.

Na niskim temperaturama, ovaj materijal se ponaša kao superprovodnik. Na višim temperaturama, stvari postaju malo čudne, i on se pretvara u ono što je poznato pod nazivom "loš metal", čija svojstva se ne ponašaju nužno onako kako očekujemo da se ponašaju.

Prema tvrdnjama tima koji vodi fizičar Ali Husain sa Univerziteta Britanska Kolumbija u Kanadi, ovo je takođe odličan kandidat za identifikaciju "demona" - sa tri "trake" elektrona, od kojih se dve kontrastiraju slično originalnoj konceptualizaciji "demona" iz 1956. godine.

Husain je izučavao stroncijum rutenat pomoću elektronske spektroskopije kad je u podacima pronašao nešto što je izgledao kao kvazičestica - tj. kolektivna eksitacija koja se ponaša kao čestica.

Postoji dosta poznatih kvazičestica, ali ono što su posmatrali nije se poklapalo ni sa jednom od njih. Njena brzina je bila prevelika da bi to bio akustični fonon, a pramala da bi bila površinski plazmon.

Analiza koja je usledila pokazala je da je najverovatniji kandidat "demon"; a tim je čak uspeo da replicira detekciju. Izučavanje nekih njenih odlika nateralo je naučnike da postave dodatna pitanja.

Efekat "prigušivanja" je bio slabiji nego što se očekivalo, na primer, i bilo je čudnih "rupa" u različitim elektronskim "trakama".

U ovom trenutku je to sve što se pouzdano zna o ovom istraživanju, ali naučnici smatraju da će ovo biti plodno tle za buduća istraživanja, pogotovo jer "demoni" mogu igrati ključnu ulogu u istraživanju superprovodnika.

Naučnici veruju da bi drugi metali slični stroncijumu mogli da budu dobra mesta za istraživanje i postavljanje novih, sofisticiranijih teorija o "demonima".