رمزگشایی از معمای ابررساناها با گوش دادن به نویزهای الکتریکی

برای دهه‌ها، ابررساناها یکی از پیچیده‌ترین معماهای فیزیک ماده چگال بوده‌اند. این مواد می‌توانند جریان الکتریکی را بدون هیچ مقاومتی از خود عبور دهند، اما اکثر آن‌ها تنها در دماهایی بسیار نزدیک به صفر مطلق عمل می‌کنند. با این حال، در اواخر دهه ۱۹۸۰، موادی بر پایه مس به نام «کوپرات‌ها» (cuprates) کشف شدند که در دماهای بالاتر — قابل دسترس با نیتروژن مایع ارزان‌قیمت — ابررسانا می‌شدند. با وجود گذشت نزدیک به ۴۰ سال، هنوز توافق نظری بر سر چرایی این پدیده وجود ندارد. در مطالعه‌ای جدید که در مجله Science منتشر شده، تیمی از فیزیک‌دانان به رهبری میلان آلن از دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان مونیخ و اینگمار سوارت از دانشگاه اوترخت هلند، موفق شده‌اند با «گوش دادن» به صدای ضعیف جریان الکتریکی در این مواد، پاسخ‌هایی برای این معما بیابند. مرکز اصلی این معما، وضعیتی عجیب به نام «گپ کاذب» (pseudogap) است. به گفته میلان آلن، در دمایی بالاتر از دمای ابررسانایی کوپرات‌ها، برخی از الکترون‌ها به سادگی ناپدید می‌شوند. اندازه‌گیری‌ها نشان می‌دهد که در سطوح انرژی مشخص، تعداد الکترون‌ها بسیار کمتر از حد انتظار است. در حالی که همه دانشمندان از وجود این الکترون‌های گمشده آگاه بودند، دلیل آن به یک پرسش بی‌پاسخ تبدیل شده بود. در طول دهه‌ها، دو فرضیه اصلی برای توضیح این پدیده مطرح شده است. برخی معتقدند الکترون‌ها در ساختارهای خاصی منجمد می‌شوند (مانند امواج چگالی بار) و ابررسانایی به طور جداگانه شکل می‌گیرد. نظریه دوم، این پدیده را به شدت به ابررسانایی مرتبط می‌داند. طرفداران این دیدگاه معتقدند الکترون‌ها جفت‌هایی موسوم به «جفت‌های کوپر» تشکیل می‌دهند. اگر این جفت‌ها پیش از رسیدن ماده به حالت ابررسانایی شکل بگیرند، مانند یک اتاق انتظار عمل می‌کنند که در آن جفت‌ها وجود دارند اما هنوز نمی‌توانند به‌طور هماهنگ حرکت کنند. حل این اختلاف بسیار دشوار بود، زیرا نشانه‌های تجربی مختلف همیشه مبهم و غیرقطعی به نظر می‌رسیدند. اما اکنون، تیم محققان راهی برای مشاهده مستقیم این جفت‌ها پیدا کرده‌اند که می‌تواند به یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های علم مواد پایان دهد.