Físicos de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign han logrado la primera observación en un material exótico de una partícula que fue apodada como Demonio cuando fue teorizada por el físico teórico David Pines hace ya 67 años. Se trata de un avance fundamental en el ámbito de la física que dista de todos los anteriores y logra un paso importante hacia la comprensión de las complejidades de la materia a nivel microscópico y cuya repercusión ya ha dado la vuelta al mundo y ha llegado hasta España. 

Y es que, en el año 1956, el físico teórico David Pines predijo que los electrones en un sólido pueden comportarse de manera peculiar. Si bien lo normal es que tengan una masa y una carga eléctrica, Pines afirmaba que pueden combinarse para formar una partícula compuesta sin masa, neutra y sin interacción con la luz. A esta hipotética partícula que teorizó la llamo Demonio y se ha especulado mucho sobre su papel en el comportamiento de diversos metales, pero, precisamente por su extrañeza, ha permanecido invisible desde su predicción original. 

Hasta ahora, cuando un equipo de investigadores dirigido por el profesor de física de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, Peter Abbamonte, ha encontrado al Demonio de Pines 67 años después de predecirse. Dichos investigadores han informado en la revista Nature que "utilizaron una técnica experimental no estándar" que excita distantemente los modos electrónicos de un material, lo que ha permitido ver la firma del demonio en el rutenato de estroncio metálico (un tercer tipo de superconductor). 

"Los demonios se han conjeturado teóricamente durante mucho tiempo, pero los experimentadores nunca los estudiaron", ha dicho Abbamonte en un comunicado. "De hecho, ni siquiera lo estábamos buscando. Pero resultó que estábamos haciendo exactamente lo correcto, y lo encontramos", ha aclarado. 

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Una partícula extraña, un gran descubrimiento para la física

Uno de los dogmas más importantes de la física de la materia condensada es que los electrones pierden su individualidad en los sólidos. Es decir, los electrones se combinan para formar unidades colectivas con las interacciones eléctricas y con la suficiente energía, los electrones pueden formar partículas compuestas llamadas plasmones con una nueva carga y masa determinadas por las interacciones eléctricas subyacentes. No obstante, la masa es tan grande que los plasmones no pueden formarse con las energías a temperatura ambiente.

Pines encontró una excepción. Si un sólido tiene electrones en más de una banda de energía, como muchos metales, argumentó que sus respectivos plasmones pueden combinarse en un patrón fuera de fase para formar un nuevo plasmón sin masa y neutro: un demonio.  Así que este físico teórico intentaba demostrar que dado que los demonios no tienen masa, pueden formarse con cualquier energía, es decir, pueden existir a todas las temperaturas, hasta la ambiente. 

La particularidad del Demonio es su neutralidad eléctrica, lo que hace invisible en los experimentos convencionales de materia condensada que se basan en la interacción con la luz para medir sus propiedades ópticas. Esta partícula, al ser sin masa, neutra y sin interacción con la luz, no se veía y se ha descubierto por casualidad. "La gran mayoría de los experimentos se realizan con luz y miden las propiedades ópticas, pero ser eléctricamente neutro significa que los demonios no interactúan con la luz", ha detallado Abbamonte. "Se necesitaba un tipo de experimento completamente diferente".