Los científicos descubren la escurridiza “partícula del diablo” casi 70 años después de que se predijera por primera vez

Los científicos han descubierto una ‘partícula diabólica’ que podría conducir a superconductores que conducen la electricidad a temperatura ambiente: el ‘santo grial’ de la física.

Un superconductor es un metal o aleación particular que es capaz de conducir electricidad sin resistencia, pero la temperatura debe estar por debajo de los 100 Fahrenheit hasta el punto de congelación.

Investigadores de la Universidad de Illinois identificaron recientemente una partícula que no tiene masa, lo que significa que puede formarse a cualquier temperatura, en el mineral rutenato de estroncio, casi 70 años después de que los ‘diablos’ lo predijeran.

Los superconductores se utilizan en procesos como trenes elevados y máquinas de imágenes por resonancia magnética (MRI) de alta resolución, pero los materiales que funcionan a temperatura ambiente allanarían el camino para computadoras más potentes.

La superconductividad se descubrió hace más de 100 años en mercurio enfriado a una temperatura de helio líquido a menos 452 Fahrenheit.

Tras el descubrimiento de la superconductividad en el mercurio, este fenómeno también se ha observado en otros materiales a muy bajas temperaturas.

Los materiales incluían varios metales y aleaciones de niobio y titanio que podían convertirse fácilmente en alambre.

La partícula diabólica fue predicha por primera vez por el físico teórico David Baines en 1956, quien creía que los electrones interactuarían ‘extrañamente’ cuando viajaban a través de un sólido.

Los electrones pueden perder su individualidad en los sólidos porque las interacciones eléctricas hacen que los electrones se combinen para formar unidades colectivas.

Con suficiente energía, los electrones pueden formar partículas compuestas llamadas plasmones con nueva carga y masa determinadas por interacciones eléctricas fundamentales.

Sin embargo, la masa suele ser demasiado grande para que se formen plasmones con las energías disponibles a temperatura ambiente, pero Baines planteó la hipótesis de que había una excepción a esto.

El físico argumentó que si un sólido tuviera electrones en más de una banda de energía, como ocurre con muchos metales, sus plasmones podrían combinarse en un patrón fuera de fase para formar un nuevo plasmón neutro sin masa: un demonio.

Dado que los demonios no tienen masa, pueden formarse con cualquier energía y pueden existir a todas las temperaturas.

Esto ha llevado a la especulación de que tienen efectos fundamentales sobre el comportamiento de los minerales multiescalares.

El descubrimiento fue realizado por un equipo de investigadores dirigido por Peter Abamonte, profesor de física en la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, quien mapeó la predicción de Baines mientras estudiaba el mineral rutenato de estroncio.

El experimento no estaba relacionado con los superconductores, pero el metal es como un superconductor de alta temperatura sin serlo.

Los investigadores estaban haciendo el primer escaneo de las propiedades electrónicas de un metal bombardeándolo con electrones, invocando al diablo dentro de las características del metal.

Abamonte estaba trabajando en el proyecto con el ex estudiante de posgrado Ali Hussain, quien dijo: “Al principio, no teníamos idea de qué se trataba.

Los demonios no están en la corriente principal. La posibilidad surgió desde el principio, y básicamente nos reímos de ella.

“Pero, a medida que comenzamos a descartar cosas, comenzamos a sospechar que realmente habíamos encontrado al Diablo”.

Finalmente, se le pidió a Edwin Huang, investigador postdoctoral de Moore en la UIUC y teórico de la materia condensada, que calculara las características de la estructura electrónica del rutenato de estroncio.

La predicción de demonios de Pines requería condiciones bastante específicas, dijo Huang, y no estaba claro para nadie si el rutenato de estroncio debería tener un demonio.

Tuvimos que hacer un cálculo microscópico para averiguar qué estaba pasando. Cuando lo hicimos, encontramos una partícula que consta de dos bandas de electrones que oscilan fuera de fase con aproximadamente la misma fuerza, tal como lo describió Baines.