Zat dibuat dengan sifat massa negatif

Lubang cacing hipotetis dalam ruangwaktu

Dalam fisika teoretis, massa negatif adalah konsep zat hipotetis, massa yang memiliki makna berlawanan dengan massa zat normal (seperti muatan listrik positif dan negatif). Misalnya, kg2 kg. Zat seperti itu, jika ada, akan melanggar satu atau lebih kondisi energi dan menunjukkan beberapa sifat aneh. Menurut beberapa teori spekulatif, substansi massa negatif dapat digunakan untuk membuat lubang cacing (lubang cacing) dalam ruang-waktu.

Kedengarannya seperti fiksi ilmiah absolut, tetapi sekarang sekelompok fisikawan dari Universitas Washington, Universitas Washington, Universitas OIST (Okinawa, Jepang) dan Universitas Shanghai telah berhasil mendapatkan zat yang menunjukkan beberapa sifat bahan massa negatif hipotetis. Sebagai contoh, jika Anda mendorong zat ini, ia akan mempercepat bukan pada arah penerapan kekuatan, tetapi pada arah yang berlawanan. Artinya, ia berakselerasi ke arah yang berlawanan.

Untuk membuat zat dengan sifat massa negatif, para ilmuwan menyiapkan kondensat Bose - Einstein dengan mendinginkan atom rubidium hingga mendekati nol mutlak. Dalam keadaan ini, partikel bergerak sangat lambat, dan efek kuantum mulai memanifestasikan diri pada tingkat makroskopik. Artinya, sesuai dengan prinsip-prinsip mekanika kuantum, partikel-partikel mulai berperilaku seperti gelombang. Sebagai contoh, mereka bersinkronisasi satu sama lain dan mengalir melalui kapiler tanpa gesekan, yaitu, tanpa kehilangan energi - efek dari apa yang disebut superfluiditas .

Di laboratorium Universitas Washington, kondisi diciptakan untuk pembentukan kondensat Bose - Einstein dalam volume kurang dari 0,001 mm³. Partikel-partikel diperlambat oleh laser dan menunggu sampai yang paling energetik dari mereka meninggalkan volume, yang selanjutnya mendinginkan material. Pada tahap ini, cairan superkritis masih memiliki massa positif. Jika kapal tidak kencang, atom-atom rubidium akan berhamburan ke arah yang berbeda, karena atom-atom pusat akan mendorong atom-atom luar ke luar, dan mereka akan mempercepat ke arah penerapan kekuatan.

Untuk membuat massa efektif negatif, fisikawan menggunakan serangkaian laser yang berbeda, yang mengubah putaran beberapa atom. Seperti yang diprediksi oleh simulasi, di area kapal tertentu, partikel harus memperoleh massa negatif. Ini dapat dilihat dengan jelas dari peningkatan tajam dalam kepadatan suatu zat sebagai fungsi waktu dalam simulasi (dalam diagram yang lebih rendah).


Gambar 1. Ekspansi anisotropik dari kondensat Bose - Einstein dengan berbagai koefisien gaya adhesi. Hasil aktual percobaan ditandai dengan warna merah, hasil prediksi dalam simulasi ditunjukkan dalam warna hitam



Diagram bawah adalah fragmen yang diperbesar dari bingkai tengah di baris bawah Gambar 1.

Diagram bawah menunjukkan simulasi satu dimensi dari kepadatan total sebagai fungsi waktu di suatu daerah di mana ketidakstabilan dinamis pertama kali muncul. Garis putus-putus memisahkan tiga kelompok atom dengan kecepatan $$$v_g = E _ \ _ {'} (k)$ pada saat-kuasi $$$k$di mana massa efektif $$$m _ * ^ {- 1} = E _ \ _ {''} (k)$ mulai menjadi negatif (baris atas). Titik minimum massa efektif negatif (di tengah) dan titik di mana massa kembali ke nilai positif (garis bawah) ditunjukkan. Titik-titik merah menunjukkan tempat-tempat di mana quasimoment lokal terletak di wilayah massa efektif negatif.

Pada baris paling pertama dari grafik, dapat dilihat bahwa selama percobaan fisik, zat tersebut berperilaku sesuai dengan hasil simulasi, yang memprediksi penampilan partikel dengan massa efektif negatif.

Dalam kondensat Bose - Einstein, partikel berperilaku seperti gelombang dan karenanya tidak merambat ke arah di mana partikel normal dari massa efektif positif harus merambat.

Dalam keadilan, harus dikatakan bahwa fisikawan berulang kali mencatat selama percobaan hasil ketika sifat-sifat suatu zat massa negatif terwujud , tetapi percobaan itu dapat ditafsirkan dengan cara yang berbeda. Sekarang ketidakpastian sebagian besar telah dieliminasi.

Artikel ilmiah ini diterbitkan pada 10 April 2017 di jurnal Physical Review Letters (doi: 10.1103 / PhysRevLett.118.155301, tersedia dengan berlangganan). Salinan artikel sebelum dikirim ke jurnal telah diposting pada 13 Desember 2016 di domain publik di arXiv.org (arXiv: 1612.04055).