Científicos hallaron de forma accidental la "partícula demonio": ¿en qué consiste este descubrimiento?
Científicos confirmaron una importante teoría del físico David Pines casi 70 años después de que este hiciera la predicción: la existencia de la denominada “partícula demonio”.
Pines anticipó en el año 1956 que los electrones en un sólido podrían combinarse para formar una partícula compuesta neutra y sin masa, la cual llamó “demonio”, un planteamiento que pudo ser demostrado recientemente por un equipo de investigadores dirigido por el profesor Peter Abbamonte de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign.
El hallazgo, publicado en la revista Nature, fue posible gracias a una técnica experimental novedosa para excitar directamente los modos electrónicos de un material, lo que les permitió observar la firma del “demonio” en el rutenato de estroncio metálico.
Este avance tiene amplias implicaciones para el comportamiento de los metales y puede arrojar luz sobre fenómenos como la superconductividad a alta temperatura.
La predicción de Pines desafió la noción de que los electrones en los sólidos retienen sus propiedades individuales. En cambio, propuso que los electrones se pueden combinar para formar un plasmón, el “demonio”, que no tiene masa y es neutro.
A diferencia de otras partículas compuestas llamadas plasmones, los “demonios” pueden formarse a cualquier temperatura debido a su naturaleza sin masa. Esto ha llevado a los científicos a especular sobre el papel crucial que juegan los “demonios” en el comportamiento de los metales multibanda.
Sin embargo, la neutralidad de los “demonios” planteó un desafío para su detección en experimentos que normalmente miden las propiedades ópticas usando luz. Por eso, el hallazgo del equipo de Abbamonte fue un descubrimiento inesperado.
Mientras estudiaban el rutenato de estroncio, un metal con características similares a las de los superconductores de alta temperatura, detectaron un modo electrónico sin masa, una clara indicación de la presencia del “demonio”.
Ali Husain, un exestudiante de posgrado y parte del equipo de Abbamonte, inicialmente descartó la posibilidad de encontrar un “demonio”, pero quedó intrigado cuando se descartaron otras explicaciones.
Eventualmente sospecharon que efectivamente habían descubierto la escurridiza partícula. Para aclarar sus hallazgos, Edwin Huang, un teórico de la materia condensada, realizó un cálculo detallado de la estructura electrónica del rutenato de estroncio, confirmando la existencia del “demonio” predicho por Pines.
El profesor Abbamonte destaca que la forma en que se dio el hallazgo demuestra la importancia de explorar nuevas vías y simplemente medir las cosas en lugar de confiar únicamente en planes preconcebidos.
Esta investigación innovadora fue un esfuerzo colaborativo, con aportes del profesor Yoshi Maeno de la Universidad de Kyoto, el profesor Philip Phillips de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, el profesor Matteo Mitrano de la Universidad de Harvard, el profesor Bruno Uchoa de la Universidad de Oklahoma y el profesor Philip Baston de la Universidad de Rutgers.
La confirmación de la predicción de Pines de 67 años abre nuevas posibilidades para comprender el comportamiento de los metales y podría tener implicaciones de gran alcance para varios campos, incluida la ciencia de los materiales y la física de la materia condensada.
Con este descubrimiento, los físicos han dado un importante paso adelante para desentrañar los misterios de las partículas compuestas y sus efectos sobre las propiedades de la materia.
