Natuurkundigen van de Washington State University hebben een vloeistof met negatieve massa gecreëerd, dat is precies hoe het klinkt. Duw het, en in tegenstelling tot elk fysiek object in de wereld dat we kennen, het versnelt niet in de richting waarin het werd geduwd. Het versnelt achteruit.

Het fenomeen wordt zelden gecreëerd in laboratoriumomstandigheden en kan worden gebruikt om enkele van de meer uitdagende concepten van de kosmos te verkennen, zei Michael Forbes, een WSU-assistent-professor natuurkunde en astronomie en een aangesloten assistent-professor aan de Universiteit van Washington. Het onderzoek verschijnt vandaag in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven , waar het wordt weergegeven als een 'suggestie van de redactie'.

Hypothetisch, materie kan een negatieve massa hebben in dezelfde zin als een elektrische lading zowel negatief als positief kan zijn. Mensen denken zelden in deze termen, en onze alledaagse wereld ziet alleen de positieve aspecten van Isaac Newtons tweede bewegingswet, waarin een kracht gelijk is aan de massa van een voorwerp maal zijn versnelling, of F=ma. Met andere woorden, als je een voorwerp duwt, het zal versnellen in de richting waarin je het duwt. Massa zal versnellen in de richting van de kracht.

"Dat is wat de meeste dingen die we gewend zijn te doen, " zei Forbes, zinspeelt op de bizarheid die komen gaat. "Met negatieve massa, als je iets duwt, het versnelt naar je toe."

Voorwaarden voor negatieve massa

Hij en zijn collega's creëerden de voorwaarden voor negatieve massa door rubidium-atomen af ​​​​te koelen tot slechts een haar boven het absolute nulpunt, het creëren van wat bekend staat als een Bose-Einstein-condensaat. In deze staat, voorspeld door Satyendra Nath Bose en Albert Einstein, deeltjes bewegen extreem langzaam en, volgens de principes van de kwantummechanica, gedragen als golven. Ze synchroniseren ook en bewegen tegelijk als wat bekend staat als een superfluïde, die stroomt zonder energie te verliezen.

Onder leiding van Peter Engels, WSU-hoogleraar natuurkunde en sterrenkunde, onderzoekers op de zesde verdieping van Webster Hall creëerden deze omstandigheden door lasers te gebruiken om de deeltjes te vertragen, waardoor ze kouder worden, en warm toelaten, hoogenergetische deeltjes om te ontsnappen als stoom, het materiaal verder afkoelen.

De lasers vingen de atomen op alsof ze zich in een schaal van minder dan honderd micrometer bevonden. Op dit punt, de rubidium superfluïde heeft een regelmatige massa. Door de kom te breken, kan de rubidium naar buiten rennen, uitzetten als het rubidium in het midden naar buiten duwt.

Om negatieve massa te creëren, de onderzoekers pasten een tweede set lasers toe die de atomen heen en weer schopten en de manier waarop ze ronddraaiden veranderden. Als de rubidium snel genoeg naar buiten rent, als het zich gedraagt ​​alsof het een negatieve massa heeft." Als je eenmaal duwt, het versnelt achteruit, " zei Forbes, die optrad als een theoreticus die het systeem analyseerde. "Het lijkt alsof de rubidium een ​​onzichtbare muur raakt."

Onderliggende defecten vermijden

De techniek die door de WSU-onderzoekers wordt gebruikt, vermijdt enkele van de onderliggende defecten die we tegenkwamen bij eerdere pogingen om negatieve massa te begrijpen.

"Wat hier een primeur is, is de voortreffelijke controle die we hebben over de aard van deze negatieve massa, zonder enige andere complicaties", aldus Forbes. Hun onderzoek verduidelijkt, in termen van negatieve massa, vergelijkbaar gedrag gezien in andere systemen. Deze verhoogde controle geeft onderzoekers een nieuw hulpmiddel om experimenten op te zetten om analoge fysica in astrofysica te bestuderen, zoals neutronensterren, en kosmologische fenomenen zoals zwarte gaten en donkere energie, waar experimenten onmogelijk zijn." Het biedt een andere omgeving om een ​​fundamenteel fenomeen te bestuderen dat heel eigenaardig is, ' zei Forbes.