科学家已经召唤了一个无质量恶魔粒子

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Darren Orf

Sun, September 14, 2025 at 11:16 PM GMT+8·

科学家已经召唤了一个恶魔粒子。Olga Evtushkova - Getty Images

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当你读这个故事时候你会学到的：

•1956年，物理学家戴维派尼斯（David Pines）理论化了一种叫一个“恶魔”的无质量、中性等离子体子的存在，这可以帮助解释一些异域物质的超导性。

•现在，伊利诺伊大学厄巴纳-尚普兰分校的科学家们已经在金属钌酸锶中发现了这种理论化恶魔的证据。

•因为这个恶魔很可能在室温下存在，这一发现可以帮助科学家更好理解高温超导体。

来自伊利诺伊大学的凝聚态物质物理学家已经成功的召唤了一个“恶魔”，但可能的不是你正在画出的那种——想想更少火和硫磺而更多量子力学把戏的。在这个案例中的“恶魔”实际上代表为更好测量添加的物理学感兴趣的后缀“子（-on）的”分明的电子运动”。

被物理学家戴维·派恩斯于1956年理论化，这种也被称为派恩斯恶魔的恶魔是一种等离子体子——一种涟漪过等离子体电子的离散波，它是无质量的并有一个中性电荷。正如你可能想象的某些既无质量又中性的刚好不是容易来探测的东西。

但一篇被伊利诺伊大学科学家发表的论文展示他们如何意外绊倒在这个恶魔等离子体子上。起初，研究团队正在分析金属钌酸锶来弄清为什么它不用实际上是一个超导体包含了类似的高温超导体（约-130摄氏度）的属性。随后，他们发现了一种太慢不能是一个表面等离子体子但太快不能是一个声学声子的准粒子。

合著者阿里·侯赛因在新闻声明中说，” 起初，我们没有它是什么的想法。恶魔不在主流中。这个可能性很早来到，我们基本上一笑置之，但随我们开始排除掉东西，我们开始来怀疑我们已经真的发现了这个恶魔” 。

为发现这个“恶魔”，研究团队向金属钌酸锶的晶体发射了电子，并用一个难以置信高的精度测量了能量增益。用这些能量数据，科学家们然后追踪该恶魔在材料内的动量直到最终发现这种准粒子密切匹配了派尼斯的67年老预言的一个无质量电子模式或恶魔为止。该研究成果被发表在《自然（Nature）》杂志上。

伊利诺伊大学厄巴纳-尚普兰分校的物理学教授、合著者彼得·阿巴蒙特在新闻声明中说，“这讲到只测量材料的重要性，大多数大发现都没有被计划的。你去看某些新的地方并看那里是什么” 。

发现一个恶魔对理解超导体是特别的重要。由于这种准粒子是无质量的，它能以任何能量形成并且潜在的在任何温度。

被称为BCS理论的超导体的标准理论将超导性归因到一个电子和声子之间的相互作用，声子是被一个原子晶体发放的自然振动。然而，BCS理论总不能解释高温超导体的零电阻，这提示某些材料通过其他手段取得超导。其中一种手段可能是这个新发现的恶魔准粒子——就像它们已经被理论化在一个半金属的过渡成超导性中起一个角色。

任何突破中的第一步都是首先面对你的恶魔——希望对超导体也是如此。