Logran la primera observación de 'Demonio', partícula sin masa y que no interactúa con la luz

Físicos de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign lograron la primera observación en un material exótico de una partícula denominada ‘Demonio’, que fue teorizada hace 67 años.

En 1956, el físico teórico David Pines predijo que los electrones en un sólido pueden hacer algo extraño. Si bien de manera normal tienen una masa y una carga eléctrica, afirmó que pueden combinarse para formar una partícula compuesta sin masa, neutra y que no interactúa con la luz.

Llamó a esta partícula demonio. Desde entonces, se ha especulado que tiene un papel importante en el comportamiento de una amplia variedad de metales. Desafortunadamente, las mismas propiedades que la hacen interesante le han permitido eludir la detección desde su predicción.

Ahora, un equipo de investigadores dirigido por Peter Abbamonte, profesor de física en la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, encontró al demonio de Pines 67 años después de ser teorizado. Como informan los investigadores en la revista Nature, utilizaron una técnica experimental no estándar que excita de forma directa los modos electrónicos de un material, lo que les permite ver la firma de la partícula en el rutenato de estroncio metálico.

“Los demonios se han conjeturado teóricamente durante mucho tiempo, pero los experimentadores nunca los estudiaron”, señaló Abbamonte en un comunicado. “De hecho, no lo estábamos buscando, pero resultó que hacíamos exactamente lo correcto, y lo hallamos”.

Uno de los descubrimientos más importantes de la física de la materia condensada es que los electrones pierden su individualidad en los sólidos. Las interacciones eléctricas hacen que los electrones se combinen para formar unidades colectivas. Con suficiente energía, los electrones pueden incluso formar partículas compuestas llamadas plasmones con una nueva carga y masa determinadas por las interacciones eléctricas subyacentes. Sin embargo, la masa suele ser tan grande que no pueden formarse con las energías disponibles a temperatura ambiente.

Pines encontró una excepción. Si un sólido tiene electrones en más de una banda de energía, como muchos metales, argumentó que sus respectivos plasmones pueden combinarse en una pauta fuera de fase para formar uno nuevo sin masa y neutro: un demonio. Dado que éste no tiene masa, puede formarse con cualquier energía, por lo que es posible que existan a todas las temperaturas. Esto ha llevado a especular que tienen efectos importantes en el comportamiento de los metales multibanda.

La neutralidad de los demonios significa que no dejan una firma en los experimentos estándar de materia condensada. “La gran mayoría de ellos se realizan con luz y miden las propiedades ópticas, pero al ser eléctricamente neutros significa que los demonios no interactúan con la luz”, aclaró Abbamonte. “Se necesitaban unas pruebas completamente diferentes”.

Edición: Emilio Gómez