بیگ بنگ: فیزیکدانان بطور تصادفی موفق شدند یک ذره مرکب بی‌جرم و خنثی موسوم به “ذره شیطان” را کشف نمایند. این ذره ۶۷ پیش نظریه‌پردازی شد، اما هرگز به طور تجربی تأیید نشده بود.

به گزارش بیگ بنگ، فیزیکدانانی که مشغول مطالعه‌ی یک فلز عجیب بودند، شواهدی کشف کردند که وجود ذره‌‌ای موسوم به “شیطان” را اثبات می‌کند – یک شبه ذره عجیب می‌تواند نقش مهمی در تعیین رفتار الکترونیکی طیف گسترده‌ای از فلزات و ابررساناها داشته باشد.الکترون‌های موجود در جامدات می‌توانند به طور جمعی نوسان کرده و شبه‌ ذراتی به نام “پلاسمون” را تشکیل دهند. در سال ۱۹۵۶، فیزیکدان “دیوید پینز” در مورد یک پلاسمون بی‌جرم و فاقد بار منحصر به فرد، به نام ذره “شیطان” نظریه‌پردازی کرد. در واقع بدون هیچ جرمی، این ذرات می‌توانند در هر سطح انرژی و در هر دمایی تشکیل شوند و بر انتقال الکترونیکی در موادی مانند ابررساناها تأثیر بگذارند. به مدت ۶۷ سال، وجود این ذره ناشناخته باقی ماند و عدم تعامل آن با نور باعث شد روش‌های قدیمی برای یافتنش کاربرد نداشته باشد.

اکنون دانشمندان دانشگاه ایلینویز اوربانا-شامپین و دانشگاه کیوتو به سرپرستی “تیم آبامونت” با استفاده از تجهیزات آزمایشی غیرمعمول برای برانگیختن حالات الکترونیکی یک ماده بودند که “ذره شیطان” را در فلز استرانسیوم روتنات(Sr2RuO4) مشاهده کردند. “فیزیک ماده چگال” رفتار جمعی الکترون‌ها را در جامدات برملا کرده است. برهمکنش‌های بین ذرات می‌تواند منجر به تشکیل واحدهایی شود که به طور جمعی عمل می‌کنند و با هم فعل و انفعال دارند. اگر انرژی کافی به سیستم تامین شود، الکترون‌ها می‌توانند ذرات مرکبی به نام “پلاسمون” را تشکیل دهند.پلاسمون‌ها بار و جرم جدیدی دارند که از برهمکنش‌های اساسی بین الکترون‌ها ناشی می‌شود. اما انرژی مورد نیاز برای تولید پلاسمون به قدری زیاد است که نمی‌توان آن را در دمای اتاق تولید کرد. اما اگر فیزیکدانان بتوانند دریابند که این فرایند چگونه کار می‌کند، می‌توانند با استفاده از «ذره شیطان» برای ساخت ابررسانا در دمای عادی اتاق کار می‌کند.

ابررسانایی یا اثر مایسنر پدیده‌ای است که در دماهای بسیار پایین برای برخی از مواد رخ می‌دهد و موجب معلق شدن آنها در میدان مغناطیسی می‌شود. در حالت ابررسانایی مقاومت الکتریکی ماده دقیقا صفر می‌شود و ماده خاصیت دیامغناطیس کامل پیدا می‌کند. یعنی مقاومت الکتریکی یک رسانای فلزی به تدریج با کاهش دما کم می‌شود.“آبامونت” استدلال کرد که آرایش انرژی‌های الکترون در یک فلز امکان تشکیل یک پلاسمون بدون جرم را فراهم می‌کند و از آنجایی که این پلاسمون بدون جرم است، برای تشکیل آن نیازی به انرژی اضافی نیست. چون «ذره‌ شیطان» با نور برهم‌کنش ندارد، برای تشخیص آن به یک دستگاه غیراستاندارد نیاز بود. خواص استرانسیوم روتنات به جای استفاده از نور، با شلیک الکترون به داخل آن مورد مطالعه قرار گرفت. محققان در داده‌های خود یک حالت الکترونی بدون جرم را پیدا کردند که نشان دهندۀ “ذره شیطان” بود.“علی حسین” نویسنده اول و فارغ التحصیل مقطع کارشناسی گفت: «در ابتدا نمی‌دانستیم این چیست. “ذره شیطان” اصلا مورد توجه قرار نگرفت و ما اساسا به آن خندیدیم. اما، همانطور که شروع به رد کردن مسائل کردیم، دچار تردید شدیم که واقعاً “ذره شیطان” را پیدا کرده‌ایم.»به گفته دانشمندان، این احتمال وجود دارد که «ذره شیطان» در به حرکت در آوردن و هل دادن الکترون‌ها به سوی یکدیگر دخیل باشد، و از این کشف می‌توان در شناخت ابررساناها، و نیز به منظور ساخت ابررساناهای بهتر در دمای اتاق، استفاده کرد. جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Nature منتشر شده است.