Il y a quelques années, les chercheurs ont décidé de mettre dans leur ligne de mire un métal supraconducteur appelé ruthénate de strontium. Sa structure est similaire à celle d’une mystérieuse classe de supraconducteurs « cuprates » à base de cuivre, mais elle peut être fabriquée de manière plus pure. Même si l’équipe n’a pas appris les secrets des cuprates, le matériel a réagi d’une manière qu’Ali Husain, qui avait affiné la technique dans le cadre de son doctorat, ne comprenait pas.
Husain a découvert que les électrons qui ricochaient étaient privés de leur énergie et de leur élan, ce qui indiquait qu’ils déclenchaient des ondulations drainant l’énergie dans le ruthénate de strontium. Mais les ondes ont défié ses attentes : elles se déplaçaient 100 fois trop rapidement pour être des ondes sonores (qui se propagent à travers les noyaux atomiques) et 1 000 fois trop lentement pour être des ondes de charge se propageant sur la surface plane du métal. Ils étaient également extrêmement faibles en énergie.
« Je pensais que ce devait être un artefact », a déclaré Husain. Il a donc introduit d’autres échantillons, essayé d’autres tensions et a même demandé à différentes personnes de prendre les mesures.
Ali Husain a développé un moyen de mesurer avec précision les énergies et les trajectoires des électrons ricochant ; ces observations ont révélé des modes démoniaques dans le ruthénate de strontium.
Les vibrations non identifiées sont restées. Après avoir fait le calcul, le groupe a réalisé que les énergies et les impulsions des ondulations correspondaient étroitement à la théorie de Pines. Le groupe savait que dans le ruthénate de strontium, les électrons se déplacent d’atome en atome en utilisant l’un des trois canaux distincts. L’équipe a conclu que dans deux de ces canaux, les électrons se synchronisaient pour neutraliser les mouvements de chacun, jouant ainsi le rôle d’électrons « lourds » et « légers » dans l’analyse originale de Pines. Ils avaient trouvé un métal capable d’héberger le démon de Pines.
« Il est stable dans le ruthénate de strontium », a déclaré Abbamonte. « C’est toujours là. »
Les ondulations ne correspondent pas parfaitement aux calculs de Pines. Et Abbamonte et ses collègues ne peuvent pas garantir qu’ils ne voient pas une vibration différente, plus compliquée. Mais dans l’ensemble, disent d’autres chercheurs, le groupe démontre avec force que le démon de Pines a été attrapé.
« Ils ont fait toutes les vérifications de bonne foi possibles », a déclaré Sankar Das Sarma, un théoricien de la matière condensée à l’Université du Maryland qui a réalisé un travail pionnier sur les vibrations démoniaques.
Démons libérés
Maintenant que les chercheurs soupçonnent que le démon existe dans les métaux réels, certains ne peuvent s’empêcher de se demander si les mouvements immobiles ont des effets réels. « Ils ne devraient pas être rares et ils pourraient faire des choses », a déclaré Abbamonte.
Par exemple, les ondes sonores ondulant à travers les réseaux métalliques relient les électrons d’une manière qui conduit à la supraconductivité, et en 1981, un groupe de physiciens a suggéré que les vibrations démoniaques pourraient évoquer la supraconductivité de la même manière. Le groupe d’Abbamonte a initialement choisi le ruthénate de strontium pour sa supraconductivité peu orthodoxe. Peut-être que le démon pourrait être impliqué.
« On ne sait pas encore si le démon joue un rôle ou non », a déclaré Kogar, « mais c’est une autre particule dans le jeu. » (Les physiciens considèrent souvent les ondes possédant certaines propriétés comme des particules.)
Mais la principale nouveauté de la recherche réside dans la détection de l’effet métallique tant attendu. Pour les théoriciens de la matière condensée, cette découverte constitue une coda satisfaisante pour une histoire vieille de 70 ans.
« C’est un post-scriptum intéressant sur les débuts de l’histoire du gaz électronique », a déclaré Coleman.
Et pour Husain, qui a obtenu son diplôme en 2020 et travaille désormais dans la société Quantinuum, la recherche suggère que les métaux et autres matériaux regorgent de vibrations étranges que les physiciens ne disposent pas des instruments nécessaires pour comprendre.
«Ils sont juste assis là», dit-il, «en attendant d’être découverts».
Histoire originale réimprimé avec la permission de Revue Quanta, une publication éditorialement indépendante du Fondation Simons dont la mission est d’améliorer la compréhension publique de la science en couvrant les développements et les tendances de la recherche en mathématiques et en sciences physiques et de la vie.
