کشف ذره‌ «دیو»؛ کلید حل معمای ابررساناها

«دیو پاینز» ذره‌ای شفاف و بدون بار است که درون نمونه‌ای از ابررسانایی به نام «استرانسیوم روتنات» کشف شده است. این ذره، گونه‌ای پلاسمون محسوب می‌شود. به بیان دیگر، موجی از الکترون‌های پلاسما که بسیار شبیه یک ذره عمل می‌کند و در واقع یک شبه‌ذره است.

به گزارش ایتنا و به نقل از ایندیپندنت، نظریه‌پردازان بر این باورند که پلاسمون‌ها احتمالا ابررسانا شدن مواد را ممکن می‌کنند. اگر فیزیکدانان بتوانند دریابند که این فرایند چگونه کار می‌کند، خواهند توانست از «دیو پاینز» برای ساخت ابررساناهایی استفاده کنند که در دمای عادی اتاق کار می‌کنند. این همواره یکی از رویاهای دیرینه فیزیک بوده است و دانشمندان از سال‌ها پیش در آرزوی ساخت وسیله‌ای بوده‌اند که انتقال انرژی الکتریکی را بدون اتلاف ممکن کند. نتایج یافته‌های پژوهشگران، ۹ اوت در مجله «نیچر» منتشر شده است. 

پیتر آبامونته، استاد فیزیک در دانشگاه اربانا-شمپین در ایالت ایلینوی، می‌گوید که وجود این ذرات از مدت‌ها قبل به لحاظ نظری پیش‌بینی شده بود، اما دانشمندان تجربی هرگز احتمال وجود آن را بررسی نکرده بودند. او می‌گوید: «در واقع، ما حتی آن را جست‌وجو هم نکرده بودیم. اما مشخص شد که دقیقا کار درستی انجام می‌دهیم و آن را پیدا کردیم.»

دیوید پاینز نخستین بار در ۱۹۵۶ پیش‌بینی کرده بود که این ذره که آن را «دیو» نامید، زمانی که دو مجموعه الکترون در نوارهای انرژی مختلف، دو پلاسمون را تشکیل می‌دهند، در داخل فلزات خاصی پدیدار می‌شود. اگر این پلاسمون‌ها هماهنگی با یکدیگر را از دست بدهند، به صورتی که برآمدگی‌های یکی با فرورفتگی‌های دیگری هماهنگ شود، ممکن است تا حدودی از بین بروند.

برای تشکیل یک پلاسمون در کل ماده، معمولا به دماهای بسیار خاصی نیاز است، اما پاینز استدلال کرد که پلاسمون ترکیبی جدید او، که بدون جرم و از نظر بار الکتریکی خنثی است و اجزای خود را از ترکیب انرژی‌ها می‌گیرد، ممکن است بتواند در دمای عادی اتاق نیز پدید آید. او ذره فرضی خود را که دارای «حرکت الکترونی مشخص» است، «دیو» (demon) نامید. اما فقدان جرم و بار این ذره، کشف آن را دشوار کرده بود. 

فیزیکدانان برای یافتن ذره «دیو»، الکترون‌هایی را به «استرانسیوم روتنات» بلوری‌شده شلیک کردند و انرژی آن‌ها را با برگشت الکترون‌ها اندازه‌ گرفتند. دانشمندان از این طریق، تکانه موج پلاسمای درون ماده را نیز محاسبه کردند.

شبه‌ذره‌ای که دانشمندان در درون «استرانسیوم روتنات» کشف کردند، با پیش‌بینی حالت الکترونیکی بدون جرم همخوانی داشت. آزمایش‌های بعدی، کشف اولیه پژوهشگران را تایید، و آن‌ها را مطمئن کرد که «دیو پاینز» را کشف کرده‌‌اند. 

علی حسین که اینک فیزیکدان شرکت فناوری کوانتومی «کوانتینیوم» است، می‌گوید که در آغاز نمی‌دانستند که این ماده چیست. به گفته او، ذرات «دیو» در جریان اصلی ظاهر نمی‌شوند. او می‌گوید که اعضای تیم تحقیقاتی پس از این کشف، نخست به آن می‌خندیده‌اند، اما زمانی که به تدریج احتمالات مختلف را رد کردند، به این گزینه مشکوک شدند که احتمالا ذره دیو پیدا شده است.

به گفته نویسندگان این مقاله، بررسی‌های بیشتر در فلزات دیگر، می‌تواند مبانی بنیادین را در خصوص نحوه عملکرد ابررساناها کشف کند. نظریه استاندارد که «بی‌سی‌اس» نامیده می‌شود، نشان می‌دهد که ابررسانا، زمانی پدیدار می‌شود که امواج صوتی در مقیاس کوانتومی، معروف به «فونون»ها، الکترون‌ها را به صورت جفت‌هایی که جفت‌های کوپر نامیده می‌شوند، به جنبش در‌آورند و اساسا رفتار آن‌ها را به رفتار یک ابرشاره تغییر ‌دهند.

به گفته دانشمندان، این احتمال وجود دارد که «دیو پاینز» در به حرکت درآوردن و هل دادن الکترون‌ها به سوی یکدیگر دخیل باشد، و از این کشف می‌توان در شناخت ابررساناها، و نیز به منظور ساخت ابررساناهای بهتر، استفاده کرد.