Setenta años después de que se predijera por primera vez, físicos especializados en materia condensada de la Universidad de Illinois que estudian un material exótico han descubierto un importante fenómeno cuántico: la partícula «demonio», de la que se especulaba que desempeñaba un papel importante en el comportamiento de una serie de metales y aleaciones y en una amplia gama de fenómenos.
Este descubrimiento tiene el potencial de tener un impacto significativo en la física de materiales. Por ejemplo, el entendimiento de esta partícula podría arrojar luz sobre los superconductores a temperatura ambiente, un logro anhelado y considerado como uno de los «santos griales» en la física que permitiría la transmisión de electricidad con mínimas pérdidas.
El «demonio de Pine»
En 1956, el renombrado físico David Pines propuso la existencia de una partícula singular, el «demonio» o «demonio de Pine», resultado de la combinación de electrones en ciertas condiciones. Esta partícula, a diferencia de los electrones normales, carecería de masa, sería neutra y no interactuaría con la luz.
Pines argumentó que esta nueva entidad, un plasmón combinado –una ondulación de los electrones de un plasma que se comporta como una partícula, es decir, una cuasipartícula–, podría existir a temperatura ambiente debido a sus cualidades y a la mezcla única de energías que la conformarían.
Hallazgo accidental
La detección de algo tan insustancial como una partícula sin masa y neutra ha sido un desafío, pero recientes avances han cambiado esta perspectiva.
Investigadores de la Universidad de Illinois publicaron un artículo en la revista Nature que revela cómo accidentalmente descubrieron el plasmón «demonio» en un material llamado rutenato de estroncio (Sr2RuO4).
«Este hallazgo fue completamente accidental», comentó el físico Peter Abbamonte durante una presentación sobre el descubrimiento, según Science Alert.
«En 2018, nos topamos con esta excitación y nos llevó tiempo descubrir su naturaleza, que resultó ser esta partícula», añadió.
In 1956, theoretical physicist David Pines predicted that electrons in a solid could form a composite particle called a demon. It's eluded detection since its prediction….until now.https://t.co/bHqCVWDBRy
— MaterialsResearchLab (@MRLatIllinois) August 9, 2023
Inicialmente, el equipo estaba investigando el rutenato de estroncio para comprender por qué compartía propiedades similares a las de los superconductores de alta temperatura (alrededor de -130 grados Celsius) sin llegar a serlo. Para estudiar las propiedades electrónicas del metal, crearon muestras de alta calidad y emplearon una técnica que aprovecha la energía de electrones disparados al metal para observar directamente sus características, incluyendo los plasmones que se forman.
Fue entonces cuando descubrieron que la cuasipartícula en el interior del rutenato de estroncio coincidía con las predicciones de la partícula «demonio». Experimentos posteriores confirmaron este hallazgo inicial: habían encontrado el «demonio de Pines», o al menos el candidato más prometedor.
«Al principio, no teníamos ni idea de lo que era. Los ‘demonios’ no están en la mente de la mayoría. La posibilidad surgió al principio, y básicamente nos reímos de ella. Pero, a medida que íbamos descartando cosas, empezamos a sospechar que realmente habíamos encontrado al ‘demonio'», explica Ali Husain, otro de los autores del estudio.
Los científicos creen que otros metales multibanda podrían ser ideales para estudiar y observar cómo cambia su comportamiento en diferentes contextos. Además, esperan que la microscopía electrónica de barrido permita realizar investigaciones más detalladas y responda a nuevas interrogantes, contribuyendo así a la construcción de una teoría más completa y sofisticada sobre estos intrigantes «demonios».
