नकारात्मक द्रव्यमान गुणों के साथ निर्मित पदार्थ

स्पेसटाइम में हाइपोथेटिकल वर्महोल

सैद्धांतिक भौतिकी में, नकारात्मक द्रव्यमान एक काल्पनिक पदार्थ के बारे में एक अवधारणा है, जिसके द्रव्यमान का सामान्य पदार्थ के द्रव्यमान के विपरीत अर्थ होता है (जैसे विद्युत आवेश सकारात्मक और नकारात्मक होता है)। उदाहरण के लिए, −2 किग्रा। ऐसा पदार्थ, यदि यह अस्तित्व में है, एक या एक से अधिक ऊर्जा स्थितियों का उल्लंघन करेगा और कुछ अजीब गुणों का प्रदर्शन करेगा। कुछ सट्टा सिद्धांतों के अनुसार, अंतरिक्ष-समय में वर्महोल (वर्महोल) बनाने के लिए एक नकारात्मक-द्रव्यमान पदार्थ का उपयोग किया जा सकता है।

यह पूर्ण विज्ञान कथा की तरह लगता है, लेकिन अब वाशिंगटन विश्वविद्यालय, वाशिंगटन विश्वविद्यालय, ओआईएसटी विश्वविद्यालय (ओकिनावा, जापान) और शंघाई विश्वविद्यालय के भौतिकविदों के एक समूह ने एक ऐसे पदार्थ को प्राप्त करने में कामयाबी हासिल की है, जो एक काल्पनिक नकारात्मक-द्रव्यमान सामग्री के कुछ गुणों को प्रदर्शित करता है। उदाहरण के लिए, यदि आप इस पदार्थ को धक्का देते हैं, तो यह बल के आवेदन की दिशा में नहीं, बल्कि विपरीत दिशा में गति करेगा। अर्थात यह विपरीत दिशा में गति करता है।

नकारात्मक द्रव्यमान गुणों के साथ एक पदार्थ बनाने के लिए, वैज्ञानिकों ने एक बोस - आइंस्टीन कंडेनसेट को लगभग पूर्ण शून्य तक रुबिडियम परमाणुओं को ठंडा करके तैयार किया। इस अवस्था में, कण बेहद धीमी गति से चलते हैं, और क्वांटम प्रभाव मैक्रोस्कोपिक स्तर पर खुद को प्रकट करना शुरू करते हैं। यही है, क्वांटम यांत्रिकी के सिद्धांतों के अनुसार, कण लहरों की तरह व्यवहार करना शुरू करते हैं। उदाहरण के लिए, वे एक-दूसरे के साथ सिंक्रनाइज़ करते हैं और बिना घर्षण के केशिकाओं के माध्यम से प्रवाह करते हैं, अर्थात, ऊर्जा खोने के बिना - तथाकथित सुपरफ्लुइटी का प्रभाव।

वाशिंगटन विश्वविद्यालय की प्रयोगशाला में, बोस - आइंस्टीन के संघनन के लिए 0.001 mm³ से कम की मात्रा में स्थितियां पैदा हुईं। कणों को एक लेजर द्वारा धीमा कर दिया गया था और तब तक इंतजार किया जब तक उनमें से सबसे ऊर्जावान मात्रा को छोड़ नहीं दिया, जिसने सामग्री को और ठंडा कर दिया। इस स्तर पर, सुपरक्रिटिकल द्रव में अभी भी एक सकारात्मक द्रव्यमान था। यदि पोत तंग नहीं था, तो रबिडियम परमाणु अलग-अलग दिशाओं में बिखर जाएंगे, क्योंकि केंद्रीय परमाणु बाहरी परमाणुओं को बाहर की ओर धकेल देंगे, और वे बल के आवेदन की दिशा में गति करेंगे।

एक नकारात्मक प्रभावी द्रव्यमान बनाने के लिए, भौतिकविदों ने लेज़रों के एक अलग सेट का उपयोग किया, जिसने कुछ परमाणुओं के स्पिन को बदल दिया। जैसा कि सिमुलेशन की भविष्यवाणी है, पोत के कुछ क्षेत्रों में, कणों को एक नकारात्मक द्रव्यमान प्राप्त करना होगा। यह एक पदार्थ के घनत्व में तेज वृद्धि से स्पष्ट रूप से सिमुलेशन (कम आरेख में) में समय के एक समारोह के रूप में देखा जा सकता है।


चित्रा 1. बोस के अनीसोट्रोपिक विस्तार - आइंस्टीन विभिन्न आसंजन बल गुणांक के साथ घनीभूत होता है। प्रयोग के वास्तविक परिणाम लाल रंग में चिह्नित हैं, सिमुलेशन में भविष्यवाणी के परिणाम काले रंग में दिखाए गए हैं



नीचे का आरेख चित्र 1 की निचली पंक्ति में मध्य फ्रेम का एक बढ़ा हुआ टुकड़ा है।

नीचे आरेख उस क्षेत्र में समय के कार्य के रूप में कुल घनत्व का एक-आयामी अनुकरण दिखाता है जहां गतिशील अस्थिरता पहले दिखाई दी थी। बिंदीदार रेखाएं वेग के साथ परमाणुओं के तीन समूहों को अलग करती हैं $$$v_g = E _ \ _ {'} (k)$ अर्ध-क्षण पर $$$k$प्रभावी जन कहाँ है $$$m _ * ^ {- 1} = E _ \ _ {''} (k)$ नकारात्मक (ऊपरी रेखा) बनने लगता है। न्यूनतम नकारात्मक प्रभावी द्रव्यमान का बिंदु (बीच में) और वह बिंदु जहां द्रव्यमान सकारात्मक मान (निचला रेखा) पर वापस आता है। लाल डॉट्स उन स्थानों को इंगित करते हैं जहां स्थानीय क्सीमोमेंट नकारात्मक प्रभावी द्रव्यमान के क्षेत्र में स्थित है।

रेखांकन की पहली पहली पंक्ति में, यह देखा जा सकता है कि भौतिक प्रयोग के दौरान पदार्थ सिमुलेशन के परिणामों के अनुसार सटीक व्यवहार करता है, जो एक नकारात्मक प्रभावी द्रव्यमान के साथ कणों की उपस्थिति की भविष्यवाणी करता है।

बोस में - आइंस्टीन घनीभूत होते हैं, कण तरंगों की तरह व्यवहार करते हैं और इसलिए उस दिशा में प्रचार नहीं करते हैं जिसमें सकारात्मक प्रभावी द्रव्यमान के सामान्य कणों का प्रचार होना चाहिए।

निष्पक्षता में, यह कहा जाना चाहिए कि भौतिकविदों ने प्रयोगों के दौरान बार-बार रिकॉर्ड किए परिणाम जब नकारात्मक द्रव्यमान के पदार्थ के गुण प्रकट होते हैं , लेकिन उन प्रयोगों की व्याख्या अलग-अलग तरीकों से की जा सकती है। अब अनिश्चितता को काफी हद तक खत्म कर दिया गया है।

वैज्ञानिक लेख 10 अप्रैल, 2017 को फिजिकल रिव्यू लेटर्स (doi: 10.1103 / PhysRevLett.118.155301, सदस्यता द्वारा उपलब्ध) में प्रकाशित हुआ था। जर्नल में भेजे जाने से पहले लेख की एक प्रति 13 दिसंबर, 2016 को सार्वजनिक डोमेन arXiv.org (arXiv: 1612.04055) पर पोस्ट की गई थी।