东方时讯网1956年，理论物理学家DavidPines预测固体中的电子可以做一些奇怪的事情。虽然它们通常具有质量和电荷，但派恩斯断言它们可以结合形成无质量、中性且不与光相互作用的复合粒子。他称这种粒子为“恶魔”。从那时起，人们推测它在多种金属的行为中发挥着重要作用。不幸的是，让它变得有趣的相同特性却使其自预测以来就无法被发现。
现在，由诺伊大学厄巴纳-香槟分校物理学教授PeterAbbamonte领导的研究小组终于在预测67年后找到了派恩斯恶魔。正如研究人员在《自然》杂志上报道的那样，他们使用了一种非标准实验技术，直接激发材料的电子模式，使他们能够在金属钌酸锶中看到恶魔的特征。
阿巴蒙特说：“长期以来，人们一直在理论上推测恶魔，但实验学家从未研究过它们。”“事实上，我们甚至没有在寻找它。但事实证明我们正在做完全正确的事情，而且我们找到了它。”
难以捉摸的恶魔
凝聚态物理学最重要的发现之一是电子在固体中失去了其个体性。电相互作用使电子结合形成集体单元。有了足够的能量，电子甚至可以形成称为等离子激元的复合粒子，其新的电荷和质量由潜在的电相互作用决定。然而，质量通常很大，以至于等离子体激元无法用室温下可用的能量形成。
派恩斯发现了一个例外。他认为，如果固体在多个能带中具有电子，就像许多金属一样，它们各自的等离子体激元可以以异相模式组合，形成一种无质量且中性的新等离子体激元：恶魔。由于恶魔没有质量，它们可以用任何能量形成，因此它们可能存在于所有温度下。这导致人们猜测它们对多能带金属的行为具有重要影响。
恶魔的中立性意味着它们不会在标准凝聚态实验中留下痕迹。“绝大多数实验都是用光完成的，并测量光学特性，但电中性意味着恶魔不会与光相互作用，”阿巴蒙特说。“需要一种完全不同的实验。”
一个偶然的发现
阿巴蒙特回忆说，他和他的合作者正在研究钌酸锶，原因与此无关——这种金属类似于高温超导体，但却不是高温超导体。为了找到为什么这种现象在其他系统中发生的线索，他们对金属的电子特性进行了首次调查。
京都大学物理学教授YoshiMaeno的研究小组合成了高质量的金属样品，Abbamonte和前研究生AliHusain使用动量分辨电子能量损失光谱对其进行了检查。这是一种非标准技术，它利用射入金属的电子产生的能量来直接观察金属的特征，包括形成的等离子体。然而，当研究人员查看数据时，他们发现了一些不寻常的东西：一种没有质量的电子模式。
现任量子研究科学家的侯赛因回忆道：“一开始，我们不知道那是什么。恶魔并不属于主流。这种可能性很早就出现了，我们基本上一笑置之。但是，当我们开始裁决时事情发生后，我们开始怀疑我们真的找到了恶魔。”
UIUC摩尔博士后学者、凝聚态理论家埃德温·黄(EdwinHuang)最终被要求计算钌酸锶的电子结构特征。“派恩斯对恶魔的预测需要相当特定的条件，而且任何人都不清楚钌酸锶是否应该有恶魔，”他说。“我们必须进行微观计算来弄清楚发生了什么。当我们这样做时，我们发现一个由两个电子带组成的粒子，它们以几乎相等的幅度异相振荡，就像派恩斯所描述的那样。”
仅仅测量东西的重要性
根据阿巴蒙特的说法，他的团队“偶然”发现了这个恶魔，这绝非偶然。他强调，他和他的团队正在使用一种尚未广泛应用于尚未得到充分研究的物质的技术。他相信，他们发现了一些意想不到的、重要的东西，这只是尝试不同的东西的结果。
“这说明了衡量事物的重要性，”他说。“大多数重大发现都不是计划好的。你去新的地方看看那里有什么。”