Los físicos confirman la predicción de 67 años de una partícula compuesta neutra sin masa

La erosión de un metal es una oscilación de su densidad electrónica de manera colectiva cuantitativa, excitación característica del mismo. En 1956, David Baines predijo que un tipo especial de harina, denominado «diablo», podría existir en minerales tridimensionales (3D) que contienen más de un tipo de portador de carga.

Los diablos consisten en movimientos fuera de fase de electrones en diferentes bandas. Son acústica y eléctricamente neutros y no se acoplan a la luz. Por eso nunca se han descubierto en equilibrio, metal tridimensional.

Sesenta y siete años después de que se predijera por primera vez el diablo de los pinos, un equipo de investigadores bajo la dirección de Peter Abamonte, profesor de física en la Universidad de Illinois, Urbana-Champaign, ha descubierto este monstruo. Observaron la firma del diablo en el mineral estroncio, ruteno, utilizando un método experimental no convencional que activa directamente los estados electrónicos de la materia.

Si tienen suficiente energía, los electrones pueden combinarse para producir partículas compuestas conocidas como plasmones con nuevas cargas y masas determinadas por interacciones eléctricas fundamentales. Sin embargo, la masa suele ser demasiado grande para que se formen plasmones a temperatura ambiente utilizando las energías disponibles.

Baines descubrió una anomalía. Si un sólido contiene electrones en más de una banda de energía, como ocurre con muchos metales, los plasmones de cada banda pueden fusionarse en un patrón fuera de fase para crear un nuevo plasmón neutro sin masa llamado demonio. Los demonios pueden crear con cualquier energía porque no tienen masa, lo que les permite existir a cualquier temperatura. Esto ha llevado a la teoría de que influye mucho en el comportamiento de los minerales multiescalares.

Abamonte dijo, «La neutralidad de los demonios significa que no dejan marcas en los experimentos estándar de materia condensada. La gran mayoría de los experimentos se realizan usando luz y midiendo propiedades ópticas, pero ser eléctricamente neutral significa que los demonios no interactúan con la luz. Una se requería un tipo diferente de experimento”.

Los científicos han estado estudiando el rutenato de estroncio. Estaban realizando el primer estudio de las propiedades eléctricas del metal para descubrir indicios de por qué el evento podría ocurrir en otros sistemas.

Con la ayuda de la espectroscopia de pérdida de energía de electrones resuelta por momento, Abbamonte y el ex estudiante de doctorado Ali Hussain analizaron el metal que habían producido en muestras de alta calidad. Es un método no convencional que utiliza la energía de los electrones que se liberan en un metal para observar las propiedades del metal, particularmente los plasmones que se crean. Sin embargo, cuando los científicos estudiaron detenidamente los datos, descubrieron algo extraño: un modo eléctrico sin masa.

Ali Hussain, científico investigador ahora en Quantinuum, Él recuerdaY «Al principio, no teníamos idea de qué se trataba. Los demonios no están en la corriente principal. La posibilidad surgió temprano y nos reímos de ella. Pero, cuando comenzamos a descartar las cosas, comenzamos a sospechar que habíamos encontrado al Diablo». .”

Finalmente, se le pidió a Edwin Huang, investigador postdoctoral de Moore en la UIUC y teórico de la materia condensada, que calculara las características de la estructura electrónica del rutenato de estroncio. La predicción de demonios de Baines implicaba condiciones bastante específicas, y no estaba claro para nadie si los rutenatos de estroncio deberían tener un demonio.. Tuvimos que hacer un cálculo microscópico para averiguar qué estaba pasando. Cuando hicimos esto, encontramos una partícula que consta de dos bandas de electrones que oscilan fuera de fase con aproximadamente la misma fuerza, tal como lo describió Baines».

Referencia de la revista:

1. Hussain AA, Huang EW, Mitrano M, et al. Devil Pines se ha observado como un fasor de fonón tridimensional en Sr2RuO4. Naturaleza (2023). DOI: 10.1038 / s41586-023-06318-8