Bilim adamları, ilk kez tahmin edilmesinden yaklaşık 70 yıl sonra zor “şeytan parçacığını” keşfettiler

Bilim adamları, fiziğin ‘kutsal kâsesi’ olan oda sıcaklığında elektriği ileten süper iletkenlere yol açabilecek bir ‘şeytan parçacığı’ keşfettiler.

Bir süper iletken, direnci olmadan elektriği iletebilen belirli bir metal veya alaşımdır, ancak sıcaklığın donma noktasına kadar 100 Fahrenheit’in altında olması gerekir.

Illinois Üniversitesi’ndeki araştırmacılar kısa bir süre önce, stronsiyum rutenat mineralinde kütlesi olmayan, yani herhangi bir sıcaklıkta oluşabilen bir parçacık belirlediler – ‘şeytanların’ tahmin etmesinden yaklaşık 70 yıl sonra.

Süper iletkenler, yükseltilmiş trenler ve yüksek çözünürlüklü manyetik rezonans görüntüleme (MRI) makineleri gibi işlemlerde kullanılır, ancak oda sıcaklığında çalışan malzemeler daha güçlü bilgisayarların önünü açar.

Süperiletkenlik, eksi 452 Fahrenheit’te sıvı helyum sıcaklığına soğutulmuş cıvada 100 yıldan daha uzun bir süre önce keşfedildi.

Cıvada süperiletkenliğin keşfedilmesinden sonra, bu fenomen diğer malzemelerde çok düşük sıcaklıklarda da gözlenmiştir.

Malzemeler, kolayca tel haline getirilebilecek çeşitli metaller ve niyobyum ve titanyum alaşımları içeriyordu.

Şeytani parçacık ilk olarak 1956’da teorik fizikçi David Baines tarafından tahmin edildi ve elektronların bir katı içinden geçerken ‘garip’ bir şekilde etkileşime gireceğine inanıyordu.

Elektronlar katılarda bireyselliklerini kaybedebilir çünkü elektriksel etkileşimler elektronların ortak birimler oluşturmak üzere bir araya gelmesine neden olur.

Yeterli enerji ile elektronlar, temel elektriksel etkileşimlerle belirlenen yeni yük ve kütle ile plazmon adı verilen bileşik parçacıklar oluşturabilir.

Bununla birlikte, oda sıcaklığında mevcut olan enerjilerle plazmonların oluşması için kütle genellikle çok büyüktür – ancak Baines bunun bir istisnası olduğunu varsaydı.

Fizikçi, birçok metalde olduğu gibi, bir katının birden fazla enerji bandında elektronları varsa, bunların plazmonlarının faz dışı bir düzende birleşerek kütlesiz, nötr yeni bir plazmon -bir iblis- oluşturabileceğini öne sürdü.

İblisler kütlesiz oldukları için her türlü enerji ile oluşabilirler ve her sıcaklıkta var olabilirler.

Bu, çok ölçekli minerallerin davranışı üzerinde temel etkileri olduğu yönünde spekülasyonlara yol açmıştır.

Keşif, Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi’nde fizik profesörü olan ve stronsiyum rutenat mineralini incelerken Baines’in tahminini haritalandıran Peter Abamonte liderliğindeki bir araştırma ekibi tarafından yapıldı.

Deney, süper iletkenlerle ilgili değildi, ancak metal, bir yüksek sıcaklık süper iletkeni gibi değil.

Araştırmacılar, bir metalin elektronik özelliklerinin ilk taramasını, onu elektronlarla patlatarak, metalin özelliklerindeki şeytanı çağırarak yapıyorlardı.

Abamonte, projede eski yüksek lisans öğrencisi Ali Hussain ile birlikte çalışıyordu. Ali Hussain, “İlk başta bunun ne olduğu hakkında hiçbir fikrimiz yoktu.

Şeytanlar ana akımda değil. Olasılık erken geldi ve temelde ona güldük.

“Ama bazı şeyleri göz ardı etmeye başladığımızda, Şeytan’ı gerçekten bulduğumuzdan şüphelenmeye başladık.”

UIUC’ta Moore doktora sonrası araştırmacısı ve yoğun madde teorisyeni Edwin Huang’dan sonunda stronsiyum rutenatın elektronik yapısının özelliklerini hesaplaması istendi.

Huang, Pines’ın iblis tahmininin oldukça özel koşullar gerektirdiğini ve stronsiyum ruthenate’in bir iblis sahibi olup olmayacağı konusunda kimsenin net olmadığını söyledi.

Neler olduğunu anlamak için mikroskobik bir hesaplama yapmak zorundaydık. Bunu yaptığımızda, tıpkı Baines’in tanımladığı gibi, kabaca eşit güçte faz dışı salınan iki elektron bandından oluşan bir parçacık bulduk.