1956 में डेविड पाइंस ने एक फैंटम तैयार किया। उन्होंने बिजली की लहरों वाले समुद्रों के अस्तित्व की भविष्यवाणी की, जो एक-दूसरे को बेअसर कर सकते हैं, जिससे समग्र महासागर गतिहीन हो जाता है, भले ही अलग-अलग लहरें कम और प्रवाहित हों। विचित्रता, जिसे पाइंस के दानव के रूप में जाना जाता है, विद्युत रूप से तटस्थ होगी, और इसलिए प्रकाश के लिए अदृश्य होगी - पता लगाना कठिन की परिभाषा।

दशकों से, भौतिक विज्ञानी दानव वेरिएंट की झलक पाने में कामयाब रहे। लेकिन पाइंस का मूल दानव - जो धातु ब्लॉकों में इलेक्ट्रॉनों से स्वाभाविक रूप से उत्पन्न होगा - अज्ञात रहा।

अब इलिनोइस विश्वविद्यालय, अर्बाना-शैंपेन के भौतिकविदों की एक टीम ने पाइंस के दानव को देखा है। किसी सामग्री से निकलने वाले इलेक्ट्रॉनों को सटीक रूप से ट्रैक करने के लिए एक तकनीक को परिष्कृत करने के बाद, टीम ने इलेक्ट्रॉनों के झुंड के माध्यम से तरंगित होने वाली आवधिक तरंगों की एक श्रृंखला का उत्पादन और पता लगाया। ये तरंगें, जिन्हें भौतिक विज्ञानी "मोड" कहते हैं, काफी हद तक पाइंस की गणना से मेल खाती हैं। शोधकर्त्ता उनके निष्कर्षों को विस्तृत किया in प्रकृति अगस्त में।

“ये तरीके 70 वर्षों से नहीं देखे गए हैं,” कहा पियर्स कोलमैनरटगर्स विश्वविद्यालय के एक सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी। लेकिन यह नया प्रयोग, किसी तरह, "इन राक्षसी तरीकों को उठाता है।"

राक्षसों की कल्पना करो

1950 का दशक धातुओं में इलेक्ट्रॉनों के अध्ययन के लिए तेजी का समय था। भौतिकविदों ने पहले ही एक सरलीकृत सिद्धांत विकसित कर लिया था, जिसमें इलेक्ट्रॉनों की एक-दूसरे को दूर धकेलने की प्रवृत्ति को नजरअंदाज कर दिया गया था, उन्हें सामूहिक रूप से इस तरह माना जाता था जैसे कि उन्होंने एक प्रकार की मुक्त-प्रवाह वाली गैस बनाई हो। 1952 में, पाइंस और उनके सलाहकार, डेविड बोहम, एक कदम आगे बढ़ गए। इस "इलेक्ट्रॉन गैस" सिद्धांत में इलेक्ट्रॉन अंतःक्रियाओं को जोड़ने के बाद, उन्होंने पाया कि इलेक्ट्रॉन कुछ स्थानों पर एकत्रित हो सकते हैं और अन्य स्थानों पर फैल सकते हैं। इन क्लस्टरिंग इलेक्ट्रॉनों ने बारी-बारी से उच्च और निम्न घनत्व (और इसलिए उच्च और निम्न विद्युत आवेश के क्षेत्र) की सुव्यवस्थित तरंगें बनाईं।

इसके बाद पाइंस ने नए सिद्धांत को और भी आगे बढ़ाया। उन्होंने एक ऐसे पदार्थ की कल्पना की जिसमें दो गैसें हों, जिनमें से प्रत्येक एक अलग प्रकार के आवेशित कण से बनी हो। विशेष रूप से, उन्होंने "भारी" इलेक्ट्रॉनों और "प्रकाश" इलेक्ट्रॉनों वाली एक धातु की कल्पना की। (सैद्धांतिक रूप से सभी इलेक्ट्रॉन समान हैं, लेकिन वास्तविक दुनिया में उनके मापने योग्य गुण उनके पर्यावरण पर निर्भर करते हैं।) पाइन्स ने पाया कि पहली गैस की तरंगें दूसरी गैस की तरंगों को बेअसर कर सकती हैं; जहां भारी इलेक्ट्रॉन एकत्रित होंगे, वहां हल्के इलेक्ट्रॉन पतले हो जाएंगे। फिर, जैसे-जैसे भारी इलेक्ट्रॉन समूह तितर-बितर होते गए, हल्के इलेक्ट्रॉन पतले पैच को भरने के लिए एकत्रित होते गए। चूँकि एक गैस ठीक उसी स्थान पर गाढ़ी होती है जहाँ दूसरी गैस पतली होती है, दोनों प्रकार का समग्र इलेक्ट्रॉन घनत्व - और इसलिए समग्र आवेश और विद्युत क्षेत्र - तटस्थ और अपरिवर्तित रहेगा। "चीजें तब भी गतिशील हो सकती हैं जब वे चलती हुई न दिखें," उन्होंने कहा -अंशुल कोगर, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, लॉस एंजिल्स में एक संघनित पदार्थ भौतिक विज्ञानी।

प्रकाश केवल विद्युत आवेश के असमान वितरण वाली वस्तुओं से परावर्तित होता है, इसलिए पाइंस के कंपन की तटस्थता ने इसे पूरी तरह से अदृश्य बना दिया। प्रकाश ऊर्जा के पैकेटों में आता है जिन्हें फोटॉन कहा जाता है, और पाइंस ने अपनी तरंग के ऊर्जा पैकेटों को "राक्षस" नाम दिया। यह नाम एक इशारा था राक्षसी विचार प्रयोग जेम्स क्लर्क मैक्सवेल, एक अग्रणी भौतिक विज्ञानी, जिनके बारे में पाइंस ने अफसोस जताया था, वह इतनी जल्दी जीवित हो गए थे कि उनके नाम पर एक कण या तरंग का नाम नहीं रखा जा सकता था। "मेरा सुझाव है कि, मैक्सवेल के सम्मान में, और क्योंकि हम यहां विशिष्ट इलेक्ट्रॉन गति (या डीईएम) के मामले से निपटते हैं, हम इन नए उत्तेजनाओं को 'राक्षस' कहते हैं," पाइंस ने 1956 में लिखा था।

दशकों से, भौतिकविदों ने विभिन्न सामग्रियों में राक्षसी तरंगें देखीं। 1982 में, बेल लैब्स के शोधकर्ता विरोधी तरंगों का पता चला गैलियम आर्सेनाइड की पड़ोसी शीटों में। और इस वर्ष, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले के फेंग वांग के नेतृत्व में एक टीम वर्णित एक प्रयोग जिसने धनात्मक आवेश की थोड़ी पतली तरंगों के साथ समकालिक रूप से धड़कने वाले इलेक्ट्रॉनों की लगभग-अदृश्य तरंगों को पकड़ा कण जैसी वस्तुएं ग्राफीन की एक शीट में.

लेकिन ऐसे दृश्य बड़े पैमाने पर दो-आयामी प्रणालियों में हुए जहां एक परिभाषित राक्षसी विशेषता कम हड़ताली थी। आयामीता में विचित्रता के कारण, 2डी में आप अपनी इच्छानुसार कम प्रयास से चार्ज तरंग को चालू कर सकते हैं। लेकिन 3डी में, एक तरंग शुरू करने के लिए असामाजिक इलेक्ट्रॉनों को एक साथ एकत्रित करने के लिए न्यूनतम मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है। विद्युत रूप से तटस्थ राक्षसों को इस 3डी ऊर्जा शुल्क से बचाया जाता है। अर्बाना-शैंपेन समूह के साथ डॉक्टरेट अनुसंधान करने वाले कोगर ने कहा, "राक्षस को त्रि-आयामी ठोस में देखना थोड़ा विशेष है।"

यहाँ राक्षस बनो

अर्बाना-शैंपेन टीम का नेतृत्व किया गया पीटर अब्बामोंटे, कभी राक्षस का शिकार करने नहीं गया। पाइंस का दानव सीधे उनकी प्रयोगशाला में चला गया।

2010 में, अब्बामोंटे के समूह ने इलेक्ट्रॉनों की भीड़ के माध्यम से तरंगित होने वाले बारीक झटकों का पता लगाने के लिए एक तकनीक विकसित करना शुरू किया। वे किसी पदार्थ पर इलेक्ट्रॉन फेंकते थे और उनके द्वारा ली गई ऊर्जा और वापस लौटने पर उन्होंने जो रास्ता अपनाया था, उसे सटीक रूप से रिकॉर्ड करते थे। उन रिकोशेट्स के विवरण के आधार पर, समूह यह अनुमान लगा सकता है कि सामग्री ने टकराव पर कैसे प्रतिक्रिया दी, जिससे टकराव से उत्पन्न किसी भी तरंग के गुणों का पता चला। यह कुछ-कुछ वैसा ही था जैसे किसी बाथटब पर पिंगपोंग बॉल छिड़क कर यह पता लगाना कि उसमें पानी, शहद या बर्फ भरा है या नहीं।

कुछ साल पहले, शोधकर्ताओं ने उनके क्रॉसहेयर में स्ट्रोंटियम रूथेनेट नामक एक सुपरकंडक्टिंग धातु डालने का फैसला किया। इसकी संरचना एक के समान है रहस्यमय वर्ग तांबा-आधारित "कप्रेट" सुपरकंडक्टर्स का, लेकिन इसे अधिक प्राचीन तरीके से निर्मित किया जा सकता है। जबकि टीम ने कप्रेट्स के रहस्यों को नहीं सीखा, सामग्री ने इस तरह से प्रतिक्रिया दी कि अली हुसैन, जिन्होंने अपने डॉक्टरेट के हिस्से के रूप में तकनीक को परिष्कृत किया था, समझ नहीं पाए।

हुसैन ने पाया कि रिकोशेटिंग इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा और गति कम हो गई थी, जिससे संकेत मिलता है कि वे स्ट्रोंटियम रूथेनेट में ऊर्जा-खत्म करने वाले तरंगों को स्थापित कर रहे थे। लेकिन तरंगों ने उनकी उम्मीदों पर पानी फेर दिया: वे ध्वनि तरंगें (जो परमाणु नाभिक के माध्यम से तरंगित होती हैं) बनने के लिए 100 गुना अधिक तेज़ी से आगे बढ़ीं और धातु की सपाट सतह पर फैलने वाली चार्ज तरंगें बनने के लिए 1,000 गुना अधिक धीमी गति से चलीं। उनमें ऊर्जा भी बेहद कम थी।

हुसैन ने कहा, "मैंने सोचा कि यह कोई कलाकृति होगी।" इसलिए उन्होंने अन्य नमूने डाले, अन्य वोल्टेज की कोशिश की, और यहां तक ​​कि अलग-अलग लोगों से माप भी लिया।

अज्ञात कंपन बने रहे. गणित करने के बाद, समूह को एहसास हुआ कि तरंगों की ऊर्जा और गति पाइंस के सिद्धांत के साथ निकटता से फिट बैठती हैं। समूह को पता था कि स्ट्रोंटियम रूथेनेट में, इलेक्ट्रॉन तीन अलग-अलग चैनलों में से एक का उपयोग करके एक परमाणु से दूसरे परमाणु तक यात्रा करते हैं। टीम ने निष्कर्ष निकाला कि इनमें से दो चैनलों में, पाइंस के मूल विश्लेषण में "भारी" और "हल्के" इलेक्ट्रॉनों की भूमिका निभाते हुए, इलेक्ट्रॉन एक-दूसरे की गति को बेअसर करने के लिए समन्वयित हो रहे थे। उन्हें पाइंस के दानव को आश्रय देने की क्षमता वाली एक धातु मिली थी।

"यह स्ट्रोंटियम रूथेनेट में स्थिर है," अब्बामोंटे ने कहा। "यह हमेशा वहाँ है।"

लहरें पाइंस की गणना से पूरी तरह मेल नहीं खातीं। और अब्बामोंटे और उनके सहयोगी इसकी गारंटी नहीं दे सकते कि वे एक अलग, अधिक जटिल कंपन नहीं देख रहे हैं। लेकिन कुल मिलाकर, अन्य शोधकर्ताओं का कहना है, समूह एक मजबूत मामला बनाता है कि पाइंस के दानव को पकड़ लिया गया है।

उन्होंने कहा, "उन्होंने सभी सद्भावना जांचें की हैं जो वे कर सकते थे।" शंकर दास सरमा, मैरीलैंड विश्वविद्यालय के एक संघनित पदार्थ सिद्धांतकार जिन्होंने किया है अग्रणी कार्य दानव कंपन पर.

राक्षसों का खुलना

अब जब शोधकर्ताओं को संदेह है कि दानव वास्तविक धातुओं में मौजूद है, तो कुछ लोग आश्चर्य करने से बच नहीं सकते कि क्या गतिहीन गति का वास्तविक दुनिया पर कोई प्रभाव पड़ता है। "उन्हें दुर्लभ नहीं होना चाहिए, और वे चीजें कर सकते हैं," अब्बामोंटे ने कहा।

उदाहरण के लिए, धातु की जाली से तरंगित होने वाली ध्वनि तरंगें इलेक्ट्रॉनों को इस तरह से जोड़ती हैं जिससे अतिचालकता उत्पन्न होती है, और 1981 में, भौतिकविदों के एक समूह ने सुझाव दिया कि दानव कंपन इसी तरह से अतिचालकता उत्पन्न कर सकता है। अब्बामोंटे के समूह ने मूल रूप से इसकी अपरंपरागत अतिचालकता के लिए स्ट्रोंटियम रूथेनेट को चुना। शायद राक्षस शामिल हो सकता है.

कोगर ने कहा, "राक्षस कोई भूमिका निभाता है या नहीं यह अभी अज्ञात है," लेकिन यह खेल में एक और कण है। (भौतिक विज्ञानी अक्सर कुछ गुणों वाली तरंगों को कण मानते हैं।)

लेकिन शोध की मुख्य नवीनता लंबे समय से प्रतीक्षित धातु प्रभाव का पता लगाने में निहित है। सघन पदार्थ सिद्धांतकारों के लिए, यह खोज 70 साल पुरानी कहानी का एक संतोषजनक कोडा है।

कोलमैन ने कहा, "यह इलेक्ट्रॉन गैस के प्रारंभिक इतिहास की एक दिलचस्प पोस्टस्क्रिप्ट है।"

और हुसैन के लिए, जिन्होंने 2020 में अपनी डिग्री पूरी की और अब कंपनी क्वांटिनम में काम करते हैं, शोध से पता चलता है कि धातु और अन्य सामग्री अजीब कंपन से भरी हुई हैं जिन्हें समझने के लिए भौतिकविदों के पास उपकरण की कमी है।

"वे बस वहीं बैठे हैं," उन्होंने कहा, "खोजे जाने की प्रतीक्षा कर रहे हैं।"