In der Physik meint man mit einem „Dämon“ etwas ganz anderes als wir aus Film und Fernsehen vermuten würden. Anstatt über eine dunkle Schattengestalt aus der Hölle redet man in diesem Fall von besonderen Teilchen. Nun konnte man erstmalig ein Teilchen dieser seltenen Art ausfindig machen.
Physik: Dafür steht der „Dämon“
Der Begriff „Dämon“ für diese Teilchenkategorie geht auf den Physiker David Pines zurück. Er stellte die Theorie auf, dass es Elektronen in einem Festkörper gibt, die dazu in der Lage sind, sich zu einem masselosen und elektrisch neutralen Teilchen zu verbinden. Diese neu entstandenen „Dämonen“ wechselwirken obendrein nicht einmal mit Licht.
„Dämon“ beziehungsweise das englische Wort „demon“ steht in der Physik entsprechend für „distinct electron motion“ („starke Elektronenbewegung“) und die Endung „-on„, die markiert, dass es sich um ein Teilchen handelt. Bis vor kurzem handelte es sich hierbei jedoch nur um blanke Theorie.
Teilchen in supraleitenden Kristall gefunden
Doch der Quantenwissenschaftler Ali Abdullah Husain und sein Team haben sich dieser eingestaubten Theorie angenommen und waren in der Lage erste „Dämonen“, die eine Unterkategorie der Plasmone darstellen, nachzuweisen. In ihrer Studie beschreiben sie den komplizierten Vorgang der Elektronenenergieverlust-Spektroskopie, mit der sie sie zum Vorschein bringen konnten. Hierbei handelt es sich um eine experimentelle Technik aus der Physik, die daher auch nur selten angewendet wird.
Als Festkörper wählte man Strontiumruthenat. Durch die oben beschriebene Methode konnte man quasi in den supraleitenden Kristall hineinsehen und die Signatur der „Dämonen“ aufnehmen und verfolgen. Pines zufolge müssen zur Entstehung eines „Dämons“ zwei Plasmen mit unterschiedlicher Energie nicht synchron schwingen. Demnach muss es sie noch in etlichen weiteren Werkstoffen mit ähnlichen Eigenschaften geben. Dank dem Beitrag von Husain und seinen Kolleg*innen gibt es nun auch das richtige Mittel für die Physik, sie aufzuspüren.
Besondere Plasmone können offene Fragen klären
Der Nachweis der besonderen Plasmone in Strontiumruthenat und anderen Materialien bereitet den Weg für künftige Meilensteine in der Physik. Versteht man genau, wann, wie und warum sie entstehen, lassen sich laut Spektrum weitere unzureichend verstandene Phänomene erklären.
Die Forschenden wissen etwa bereits, dass diese Teilchen auf der Quantenebene als bosonische Quasiteilchen zu behandeln sind. Daher spielen sie eine Schlüsselrolle dabei zu verstehen, wie Metalle Licht reflektieren oder absorbieren. Doch auch bei anderen Materialien können sie fehlendes Wissen hinzufügen. So hofft man, dass sich durch die weitere Erforschung auch die Hochtemperatur-Supraleiter endlich begreifen lassen.
Quelle: Spektrum, „Pines’ demon observed as a 3D acoustic plasmon in Sr2RuO4“ (nature, August 2023)
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