Демоны твердого тела

Придумывать демонов — давняя традиция физиков. Самые знаменитые демоны Максвелла сортируют молекулы по их энергии и таким образом нарушают законы термодинамики, запрещающие переток тепла от менее нагретого тела к более нагретому. Впрочем, эти демоны совершенно умозрительны. А вот демоны Дэвида Пайнса реальны. Они образуются при сложении двух электронных волн, постоянно гуляющих по твердому телу, причем волны складываются так, что результат лишается и заряда, и массы. Это имеет следствие: демон не взаимодействует с электромагнитным излучением и, значит, у физиков нет никаких прямых методов наблюдения таких квазичастиц, поскольку они невидимы. Неудивительно, что с 1957 года, когда этот американский физик-теоретик придумал своих демонов, никто их не нашел, а за долгие годы про них уж и забыли.

Но вот профессор Питер Аббамонт из Иллинойсского университета со своими коллегами обстреливал электронами образцы из рутената стронция Sr₂RuO₄ и смотрел, как рассеивается энергия (Nature, 9 августа 2023 года). Метод, прямо говоря, необычный, а прибегнуть к нему пришлось потому, что у этого вещества подозревают высокотемпературную сверхпроводимость, но ее нет. Физики и разбирались — почему. Разобраться не удалось, зато, глядя на аномалии рассеяния энергии ударных электронов, они нашли в образце удивительные электронные образования: без массы и заряда.

Поначалу никто не мог понять, почему энергия рассеивается не так, как задумано. Однако кто-то вспомнил про давнюю идею Пайнса. Провели расчеты и выяснили: да, энергию забирают именно невидимые демоны. По мнению Аббамонта, успех не случаен: его группа использовала необычный метод для изучения необычного материала. Вот и нашли то, что не искали. Ну а для физики твердого тела обнаружение демонов Пайнса и, главное, метода, сделавшего их видимыми, может иметь долгоиграющие последствия. Например, в той же энергетике.

Иллюстрация: Ronald Searle