دانشمندان نوع جدیدی از ماده به نام اکسیتونیوم را کشف کردند

تقریباً 50 سال است که دانشمندان در مورد نوع جدیدی از ماده نظریه پردازی می کنند و حالا مدعی اثبات آن شده اند. این ماده که «اکسیتونیوم» (Excitonium) نام دارد، از ذراتی به نام اکسیتون (Exciton) تشکیل شده که آنها هم حاصل فرار الکترون و حفره های برجای مانده از این پدیده هستند.

نام اکسیتونیوم برای نخستین بار در دهه 1960 میلادی توسط «برت هالپرین» فیزیکدان دانشگاه هاروارد پیشنهاد شده بود که اکنون 76 سال سن دارد و از اثبات وجود آن به شدت هیجان زده است.

اکسیتونیوم یک ماده چگال است، یعنی محققین آن را به شکل جامد شناسایی کرده اند، اما توضیح اینکه ذرات تشکیل دهنده آن یعنی اکسیتون ها چگونه به وجود می آیند کمی دشوار است. به همین دلیل ابتدا کمی فیزیک پایه را توضیح می دهیم و از عنصر ساده ای مثل هیدروژن شروع می کنیم.

حفره حاصل از فرار الکترون می تواند در نقش یک ذره عمل کند

ذرات هیدروژن از یک الکترون و یک پروتون تشکیل شده اند، اما این اتم در حالت برانگیخته، الکترون خود را از دست می دهد. فرار کردن الکترون، یک فضای خالی را بر جای می گذارد و همین حفره می تواند در نقش یک ذره عمل کند، یعنی الکترون فراری را جذب کرده و با آن پیوند تشکیل دهد؛ حفره و الکترون می توانند همانند الکترون و پروتون، دور یکدیگر بچرخند.

دانشمندان تا به امروز راهی برای اثبات وجود اکسیتونیوم نداشتند، اما «پیتر آبامونته» استاد فیزیک «مرکز تحقیقات علوم مواد فریدریش سیتز» دانشگاه ایلینوی آمریکا ئ همکارانش با ابداع روش جدیدی توانستند ذرات اکسیتون را شناسایی کرده و وجود اکسیتونیوم را به اثبات برسانند. این روش که M-EELS (طیف سنجی کاهش انرژی الکترون با تفکیک تکانه) نام دارد، همان تکنیکی است که پیش از این برای کشف ذره بنیادی معروف «بوزون هیگز» هم استفاده شده بود.

توسعه این روش از سوی آبامونته و همکارانش تقریباً 7 سال طول کشیده اما هدف اصلی آنها شناسایی اکسیتونیوم نبود. آنها در ابتدا می خواستند ابررساناهای دمای بالا را مطالعه کنند اما در سال 2015 متوجه شدند که می توان از این تکنیک برای شناسایی نوع جدیدی از ماده هم بهره جست.

اکسیتونیوم به قدری ناشناخته است که دانشمندان هنوز هیچ ایده ای در مورد خواص آن ندارند. برخی می گویند این ماده می تواند به عنوان یک عایق ایفای نقش کند، یعنی توانایی انتقال انرژی یا تکانه را ندارد. دیگران از آن به عنوان یک «ابرشاره» یاد می کنند که قادر است بدون هیچ گونه اتلافی، انرژی و تکانه را انتقال دهد، یعنی دقیقاً مخالف عایق.

هر دو حالت فوق می تواند کاربردهای زیادی در صنایع و علوم داشته باشد اما مهم آن است که محققین بتوانند به طور دقیق ویژگی های اکسیتونیوم را شناسایی نمایند، موضوعی که با اثبات وجود آن شکل جدی تری به خود می گیرد.