Έχεις μάζα; Οι επιστήμονες παρατηρούν ότι τα ηλεκτρόνια γίνονται τόσο βαριά όσο και ταχεία

Οι επιστήμονες έχουν παρατηρήσει μια απροσδόκητη συμπεριφορά στα ηλεκτρόνια, όπου συμπεριφέρονται προσωρινά σαν να είναι τόσο βαρύ όσο και να κινούνται με υψηλότερες ταχύτητες από το συνηθισμένο. Αυτό το ενδιαφέρον φαινόμενο, που ονομάζεται "βαριά ηλεκτρόνια", προκαλεί συμβατική κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα υποατομικά σωματίδια συμπεριφέρονται και θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε νέες γνώσεις για τις θεμελιώδεις ιδιότητες της ύλης.

Σε μια σειρά πειραμάτων που διεξήχθησαν στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντής SLAC του Τμήματος Ενέργειας στην Καλιφόρνια, οι ερευνητές κατευθύνουν έντονες παλμούς ακτίνων Χ σε υλικά νανοκλίμακας που κατασκευάζονται από το νεοδυελίο νεοδύμιο. Καθώς οι ακτίνες Χ χτύπησαν το υλικό, εκπέμπουν ενεργειακά ηλεκτρόνια, τα οποία στη συνέχεια μετρήθηκαν χρησιμοποιώντας ένα φασματόμετρο.

Αυτό που αμηχανία ήταν οι επιστήμονες ήταν οι ιδιότητες αυτών των εκπομπών ηλεκτρονίων. Αναμενόταν να παρατηρήσουν ηλεκτρόνια που είχαν κερδίσει ενέργεια και μετακινούνται γρηγορότερα μετά την απορρόφηση των ακτίνων Χ. Αντ 'αυτού, διαπίστωσαν ότι τα ηλεκτρόνια είχαν μειωθεί στην ταχύτητα και συμπεριφέρθηκαν σαν να ήταν πολύ βαρύτερα από το αναμενόμενο.

Ο Δρ Juncong Zhang, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο SLAC και συν-συγγραφέας της μελέτης, εξήγησε:«Ήταν σαν τα ηλεκτρόνια να έβαζαν μικροσκοπικά εικονικά« παλτά », τα οποία τα επιβραδύνουν, ενώ τα έκανε να φαίνονται πιο μαζικά».

Η παρατηρούμενη συμπεριφορά δεν μπορεί να εξηγηθεί από τις παραδοσιακές θεωρίες φυσικής, οι οποίες προβλέπουν ότι όταν τα σωματίδια κερδίζουν ενέργεια, κινούνται ταχύτερα. Αντ 'αυτού, υποδηλώνει την ύπαρξη αλληλεπιδράσεων ή μηχανισμών σε αυτά τα υλικά που μεταβάλλουν τον τρόπο με τον οποίο τα ηλεκτρόνια συμπεριφέρονται όταν αλληλεπιδρούν με φωτόνια υψηλής ενέργειας.

Η ερευνητική ομάδα πιστεύει ότι το αποτέλεσμα περιλαμβάνει την αλληλεπίδραση μεταξύ των ηλεκτρονίων και των κραδασμών πλέγματος στο υλικό, οι οποίες οδηγούν σε μια προσωρινή αναδιάταξη της ηλεκτρονικής δομής του νικελίου του νεοδύματος. Αυτές οι δυναμικές αλληλεπιδράσεις δημιουργούν το φαινόμενο "βαρέων ηλεκτρονίων".

Ο Δρ Zahid Hussain, ανώτερος επιστήμονας του προσωπικού στο SLAC και συν-συγγραφέας της μελέτης, δήλωσε:"Οι παρατηρήσεις μας δείχνουν ότι τα ηλεκτρόνια μπορούν να παρουσιάσουν ενδιαφέρουσες νέες ιδιότητες όταν απομακρύνονται από ισορροπία με έντονα, εξαιρετικά γρήγορα ερεθίσματα σαν παλμό ακτίνων Χ".

Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Science, έχουν σημασία για την κατανόηση της συμπεριφοράς των ηλεκτρονίων σε ακραίες συνθήκες και θα μπορούσαν να ρίξουν φως στις ηλεκτρονικές αλληλεπιδράσεις σε σύνθετα υλικά. Αυτή η γνώση θα μπορούσε να έχει επιπτώσεις σε τομείς όπως η υπεραγωγικότητα και η ανάπτυξη νέων υλικών με επιθυμητές ηλεκτρονικές ιδιότητες.

Πέρα από την επιστημονική της σημασία, η έρευνα υπογραμμίζει επίσης την ικανότητα των προηγμένων εγκαταστάσεων ακτίνων Χ, όπως η SLAC Linac Ceherent Light Source (LCLS) για τη διερεύνηση των εξαιρετικά γρήγορων διαδικασιών σε υλικά και τη σύλληψη πρωτοφανών λεπτομερειών της ηλεκτρονικής συμπεριφοράς τους.