67 évnyi kutatás után a fizikusok – véletlenül ugyan – megerősítették David Pines 1956-os sejtését a “démoni részecskéről”. Pines elmélete szerint a szilárd anyagon belüli elektronok egyesülhetnek, és egy megfoghatatlan összetett részecskét alkothatnak, amelyet "démonnak" neveznek. Ez a hipotetikus részecske tömeg nélküli, semleges és nem reagál a fénykölcsönhatásokra sem. Bár a démon érdekes tulajdonságai felkeltették az érdeklődést, éppen az előbb ismertett tulajdonságai akadályozták eddig az észlelését.

Az áttörésre mostanáig kellett várni: Peter Abbamonte, az Illinois Urbana-Champaign Egyetem munkatársa által vezetett csapat ugyanis véletlenül belebotlott a démonba, miközben a stroncium-rutenát fémmel végzett kísérleteket. Egy nem szokványos kísérleti módszert alkalmazva a csapat azonosította a démon jelenlétét ebben a fémben.

A kondenzált anyag fizikájának egyik kulcsfontosságú felfedezése az volt, hogy a szilárd testekben lévő elektronok elveszítik az egyedi jellegüket, és az elektromos kölcsönhatások következtében egyesülve kollektív entitásokat hoznak létre. Ezek a plazmonok néven ismert kombinációk akkor alakulhatnak ki, amikor az elektronok elegendő energiát nyernek, és új töltés- és tömegjellemzőket mutatnak, amelyeket a mögöttes elektromos kölcsönhatások alakítanak ki. A jelentős tömeg azonban általában megakadályozza a plazmonok szobahőmérsékleten történő megjelenését az energiakorlátok miatt.

David Pines azonban épp azt feltételezte 1956-ban, hogy ha egy szilárd anyag több energiasávban rendelkezik elektronokkal (ami sok fémben gyakori eset), akkor a megfelelő plazmonok fázison kívüli módon szinkronizálódhatnak, így tömeg és töltés nélküli új plazmont hozhatnak létre: egy "démont". Mivel a démonok nem rendelkeznek tömeggel, bármilyen energiaszinten megnyilvánulhatnak, potenciálisan minden hőmérsékleten.

Mivel azonban a démonok elektromosan semlegesek, észrevehetetlenek maradnak a szokásos kondenzált anyaggal végzett kísérletekben, amelyek jellemzően fényalapú mérésekkel zajlanak.

Mint Peter Abbamonte nyilatkozott:

“A démonok létét elméletileg már régóta sejtik, de kísérletileg sohasem tanulmányozták őket. Valójában mi sem ezt kerestük. De kiderült, hogy pontosan a megfelelő mód jártunk el, és rátaláltunk.”

Abbamonte elmondta azt is, hogy a stroncium-rutenátot egészen más okból tanulmányozták – ez a fém ugyanis hasonlít a magas hőmérsékletű szupravezetőkre, anélkül, hogy ténylegesen az lenne. Magyarán épp a jelenleg forró területnek számító szupravezetők tanulmányozása miatt végezték el ezen fém elektronikus tulajdonságainak az első felmérését.

Yoshi Maeno, a Kiotói Egyetem fizikaprofesszorának kutatócsoportja kiváló minőségű fémmintákat szintetizált, amelyeket Abbamonte és Ali Husain az úgynevezett “impulzusfeloldott elektronenergia-veszteség-spektroszkópiával” vizsgált meg. Ez az egyáltalán nem szabványos technika a fémbe lőtt elektronok energiáját használja fel a fém jellemzőinek közvetlen megfigyelésére, beleértve a kialakuló plazmonokat is. Miközben azonban a kutatók átfésülték az adatokat, valami szokatlanra bukkantak: tömeg nélküli elektronikus működésre.

Husain így emlékszik vissza az eseményekre:

“Először fogalmunk sem volt, mi ez. A démonok nem a (tudományos) fősodorban vannak. A lehetőség ugyan korán felmerült, de alapvetően inkább csak nevettünk rajta. De ahogy elkezdtük kizárni az egyéb lehetőségeket, elkezdtük gyanítani, hogy valóban megtaláltuk a démont.”

Ha pedig szupravezetők, a démon felfedezése segíthet megérteni ezen anyagok működését is a Live Science cikke szerint, amivel a gyakorlatban közelebb juthatunk az egyre jobb szupravezetők fejlesztéséhez, ha már a terület az utóbbi idők legígéretesebb jelöltje, a szobahőmérsékleten és alacsony nyomáson működő LK-99 nevű anyag körül egyre több a kétely.

(Kép: Pixabay/TheDigitalArtist)