Een FLEET-studie onder leiding van David Colas van de University of Queensland verduidelijkt recente studies over negatieve massa, onderzoek naar het vreemde fenomeen van zelfinmenging.

Als we denken aan 'massa, " we beschouwen meestal de 'traagheidsmassa' - de weerstand van een lichaam tegen versnelling als gevolg van een uitgeoefende kracht.

Voor een bewegend object geldt zijn massa is dan een eenvoudige relatie tussen momentum dat erop wordt toegepast, en de snelheid die het verkrijgt.

Echter, in sommige situaties, deze relatie is niet alleen proportioneel en kan afhangen van de impuls die op het object wordt uitgeoefend. Natuurkundigen praten dan over effectieve massa, die zelfs negatief kan zijn.

In zo'n geval, een object zou op een volledig niet-intuïtieve manier bewegen als er een kracht op zou werken.

"Stel je een voetbal voor, je geeft het een eerste trap om dichter bij het doel te komen, je geeft het dan een extra kick om te scoren, maar in plaats van te versnellen, de bal vertraagt! Je bent een beetje in de war, dus je besluit de bal nog harder te trappen, en het beweegt nu naar je voet toe en niet er vanaf, " legt hoofdauteur van de UQ-studie uit, Dr. David Colas.

Negatieve massa's kunnen experimenteel worden bereikt op deeltjesniveau in verschillende systemen, bijvoorbeeld met behulp van gaten in halfgeleiders, door licht te koppelen aan materie in microholtes waardoor "exciton-polariton, " of in atomaire ultrakoude atomaire gassen in de vorm van Bose-Einstein-condensaten (BEC's).

"Negatieve massa-effecten in aan spin-baan gekoppelde Bose-Einstein-condensaten" werd gepubliceerd in Natuurkunde beoordelingsbrieven in juli.

Het UQ-theoretisch onderzoek breidde uit op een eerdere studie aan de Washington State University, die een negatief massa-effect aantoonde bij de expansie van een atomaire BEC, mooi de veelzijdigheid en grote afstembaarheid van dit platform illustreert.

In hun studie hebben de UQ-onderzoekers hebben de effecten van de verschillende soorten negatieve massa opgehelderd en het opvallende "zelf-interfererende effect" in het atomaire condensaat geïdentificeerd, die oorspronkelijk was voorspeld voor exciton-polaritonen.

Dit geeft een uitgebreid beeld van het 'zelf-interfererende effect' dat werd waargenomen in het WSU-experiment, maar laat ook zien hoe de interacties kunnen helpen en het huidige mechanisme kunnen activeren.

Thomas Young's 1801 dubbel-spleet experiment dat materiegolfinterferentie aantoont, was een van de eerste waarnemingen van een kwantumeffect. Individuele deeltjes worden verzonden op een scherm met twee sleuven die interferentie vertonen terwijl ze er doorheen gaan, precies zoals golven. Met een ultrakoud atomair gas, men kan dezelfde soort interferentie alleen met de deeltjes creëren, zonder de noodzaak van een scherm en sleuven, simpelweg door hun effectieve massa te beïnvloeden.

"Om door te gaan met de voetbal-analogie, stel je voor dat als je er te hard tegenaan trapt, je knijpt het een beetje tegen je voet. Als de bal je schoen verlaat, het zet weer uit en je ziet dat het voorste deel van de bal uiteindelijk langzamer zal reizen dan het onderste deel. De bal hindert zichzelf dan", vervolgt Dr. David Colas.

De WUS meldde dat een negatief massa-effect de vrije expansie van een BEC kan stoppen en kan leiden tot franjes in de dichtheid. Uit het UQ-onderzoek bleek dat dit werd veroorzaakt door zelfinterferentie van het golfpakket, ontstaan ​​wanneer bepaalde massaparameters die het systeem karakteriseren negatief worden.

Negatieve massa-effecten kunnen onder verschillende vormen naar voren komen, zoals zelfinmenging. Maar een van de meest opvallende is de achterwaartse voortplanting voor een positieve impuls:de hypothetische voetbal die versnelt naar de schoen van de kicker, er niet vanaf.

De UQ-onderzoekers laten zien dat dit fascinerende regime beter haalbaar zou zijn in atomaire BEC's, dan met exciton-polaritonen, de weg openen naar interessante nieuwe onderzoekspaden.

Verduidelijking van het type massa dat verantwoordelijk is voor elk waargenomen fenomeen zal veelvoorkomende verkeerde interpretaties over negatieve massa voorkomen. Een dergelijke verduidelijking zal helpen om negatief massa-onderzoek weer op de rails te krijgen.