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在超导体内部发现的奇特“恶魔”粒子可以帮助解开物理学的一个“圣杯”

2023-08-11 10:07阅读：

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在超导体内部发现的奇特“恶魔”粒子可以帮助解开物理学的一个“圣杯”
News
By Ben Turner
2023/8/11
Physics & Mathematics
这种透明的无电荷准粒子可以更多揭示超导性的潜在力学
在超导体内部发现的奇特“恶魔”粒子可以帮助解开物理学的一个“圣杯”

超冷超导体样品在一个磁体上方和下方漂浮。 (Image credit: Charles O'Rear via Getty Images)
在它被首次预测近70年后，在一个超导体内部已经观测到了一种难以捉摸的“恶魔”粒子。它的发现可能帮助解决超导体如何工作的秘密。

派恩斯的恶魔是一种在锶钌酸盐（strontium ruthenate）超导体样品中发现的透明无电荷粒子。它是一个等离子激元------ 一种跨一个等离子体行为很像一个粒子的电子涟漪------意味着它是一个准粒子。
理论家认为等离子激元可以促进材料中的超导性。如果物理学家能够找出怎样，他们可以用派恩斯的恶魔来揭示室温超导体------物理学的“圣杯”之一，将使近乎无损电力传输成为可能。研究人员于8月9日在《自然》杂志上发表了他们的发现。
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（University of Illinois Urbana-Champaign）物理学教授彼得·阿巴蒙特（Peter Abbamonte）在一份声明中说，“恶魔理论上已经被推测了很长时间，但实验学家从未研究过它们，事实上，我们甚至没有正在寻找它，但原来是我们正在做完全是正确的事情，而我们发现了它”。
大卫·派恩斯（David Pines）在1956年首次构思了他的恶魔，预测当两组不同能带的电子形成两个等离子激元时在某些金属内它会浮现。如果这些等离子激元与彼此不同相，这样一个的峰与另一个的谷排起队，它们可能部分的抵消掉。
通常，需要非常特定的温度来跨一个整个材料形成一个等离子激元，但派恩斯争论他的新结合的等离子激元是无质量的、中性的并从一个能量的混合物取它的成分，可以在室温存在。他将他的“一个独特的电子运动”的理论粒子命名为一个恶魔，但它的缺乏质量和电荷已经使它很难来发现。
为狩猎这个恶魔，这项新研究背后的物理学家向结晶的锶钌酸盐发射了电子，并随电子反弹回来测量了它们的能量。由此，他们计算了在这种材料内部等离子体波的动量。
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他们发现潜伏在锶钌酸盐内的准粒子与一种无质量电子模式的预测相匹配。后续实验复制了研究人员的最初发现------他们已经发现了派恩斯的恶魔。
现任量子技术公司（Quantinuum）的物理学家阿里胡赛因在声明中说，“起初我们没有它是什么的想法。恶魔没有在主流中。这种可能性很早起出现了，而我们基本上一笑置之，但随我们开始排除东西我们开始来怀疑我们已经真的发现了这个恶魔“。
研究作者说，在其他金属中的进一步研究可能揭开探究超导体如何工作的基本洞察。称为BCS理论的标准理论提示当量子尺度的声波------称为声子-------抖动电子成叫库珀对超导性浮现，根本上改变它们的行为成一个超流体的行为。
但派恩斯的恶魔也可能参与一起挪动电子的可能性仍然存在，这可以被用来理解和构建更好的超导体。
https://www.livescience.com/physics-mathematics/bizarre-demon-particle-found-inside-superconductor-could-help-unlock-a-holy-grail-of-physics

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