Har du masse? Forskere observerer, at elektroner bliver både tunge og hurtige

Forskere har observeret en uventet adfærd hos elektroner, hvor de midlertidigt opfører sig, som om de både er tunge og bevæger sig med højere hastigheder end normalt. Dette spændende fænomen, kaldet "tunge elektroner", udfordrer konventionel forståelse af, hvordan subatomære partikler opfører sig og kan føre til ny indsigt i stofs grundlæggende egenskaber.

I en række eksperimenter udført ved Department of Energy's SLAC National Accelerator Laboratory i Californien rettede forskere intense pulser af røntgenstråler mod materialer i nanoskala fremstillet af sammensætningen neodymnikkelat. Da røntgenstrålerne ramte materialet, udsendte de energiske elektroner, som derefter blev målt ved hjælp af et spektrometer.

Det, der undrede forskerne, var egenskaberne af disse udsendte elektroner. De forventede at observere elektroner, der havde fået energi og bevægede sig hurtigere efter at have absorberet røntgenstråler. I stedet fandt de ud af, at elektronerne var faldet i hastighed og opførte sig, som om de var meget tungere end forventet.

Dr. Juncong Zhang, en postdoc-forsker ved SLAC og medforfatter af undersøgelsen, forklarede:"Det var, som om elektronerne havde taget små virtuelle 'frakker' på, hvilket bremsede dem, mens de fik dem til at se mere massive ud."

Den observerede adfærd kan ikke forklares med traditionelle fysikteorier, som forudsiger, at når partikler får energi, bevæger de sig hurtigere. I stedet antyder det eksistensen af ​​interaktioner eller mekanismer i disse materialer, der ændrer den måde, elektroner opfører sig på, når de interagerer med højenergifotoner.

Forskerholdet mener, at effekten involverer samspillet mellem elektroner og gittervibrationer i materialet, som fører til en midlertidig omlægning af neodymnikkelatets elektroniske struktur. Disse dynamiske interaktioner giver anledning til fænomenet "tunge elektroner".

Dr. Zahid Hussain, en senior videnskabsmand ved SLAC og medforfatter af undersøgelsen, udtalte:"Vores observationer indikerer, at elektroner kan udvise spændende nye egenskaber, når de drives ud af ligevægt af intense, ultrahurtige stimuli som en røntgenpuls."

Resultaterne, offentliggjort i tidsskriftet Science, har betydning for forståelsen af ​​elektroners adfærd under ekstreme forhold og kan kaste lys over de elektroniske interaktioner i komplekse materialer. Denne viden kan have implikationer inden for områder som superledning og udvikling af nye materialer med ønskelige elektroniske egenskaber.

Ud over dens videnskabelige betydning fremhæver forskningen også evnen hos avancerede røntgenfaciliteter som SLAC Linac Coherent Light Source (LCLS) til at undersøge ultrahurtige processer i materialer og fange hidtil usete detaljer om deres elektroniske adfærd.