ΕΙΔΗΣΕΙΣ
19/04/2017 12:41 EEST | Updated 19/04/2017 12:41 EEST

Φυσικοί δημιούργησαν «αρνητική μάζα»: Όταν τη σπρώχνετε, έρχεται προς τα εσάς

SCIENCE SOURCE via Getty Images

Φυσικοί στις ΗΠΑ κατάφεραν να δημιουργήσουν ένα υγρό με αρνητική μάζα- δηλαδή ένα υγρό που, εν αντιθέσει με οποιοδήποτε άλλο αντικείμενο γνωρίζουμε στον κόσμο, δεν επιταχύνει προς την κατεύθυνση προς την οποία ωθείται, αλλά προς την αντίθετη.

Όπως σημειώνεται σε ανακοίνωση του Washington State University, όπου επετεύχθη αυτό, πρόκειται για ένα φαινόμενο το οποίο σπάνια προκαλείται σε συνθήκες εργαστηρίου, και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την περαιτέρω διερεύνηση κάποιων εκ των πλέον «φλεγόντων» ερωτημάτων γύρω από το σύμπαν μας, όπως υποστήριξε ο Μάικλ Φορμπς- επίκουρος καθηγητής Φυσικής και Αστρονομίας του WSU και συνεργαζόμενος επίκουρος καθηγητής του Πανεπιστημίου της Ουάσινγκτον (University of Washington). Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο Physical Review Letters.

Θεωρητικά μιλώντας, η ύλη μπορεί να έχει αρνητική μάζα με τον ίδιο τρόπο που ένα φορτίο ηλεκτρισμού μπορεί να είναι είτε αρνητικό είτε θετικό. Ωστόσο, αυτό είναι κάτι που οι περισσότεροι δύσκολα αντιλαμβάνονται, καθώς στον κόσμο μας «κυριαρχεί» ο Δεύτερος Νόμος της Κίνησης του Νεύτωνα, βάσει του οποίου η δύναμη ισούται με τη μάζα επί την επιτάχυνση. Με άλλα λόγια, εάν σπρώξετε ένα αντικείμενο, αυτό θα επιταχύνει προς την κατεύθυνση που το σπρώχνετε- προς την κατεύθυνση της δύναμης που ασκείται πάνω του.

«Αυτό κάνουν τα περισσότερα αντικείμενα στα οποία έχουμε συνηθίσει» είπε ο Φορμπς. «Με την αρνητική μάζα, αν σπρώξετε κάτι, επιταχύνει προς τα εσάς».

Ο ίδιος και οι συνάδελφοί του δημιούργησαν τις απαιτούμενες συνθήκες για την αρνητική μάζα ψύχοντας άτομα ρουβιδίου ελάχιστα πάνω από το απόλυτο μηδέν, δημιουργώντας κάτι που είναι γνωστό ως «Συμπύκνωμα Μπόζε-Αϊνστάιν»: Πρόκειται για την κατάσταση της ύλης που δημιουργείται όταν μποζόνια περιοριστούν από ένα εξωτερικό δυναμικό και ψυχθούν σε θερμοκρασίες πολύ κοντά στο απόλυτο μηδέν, με αποτέλεσμα να εμφανίζονται κβαντικά φαινόμενα.

Σε αυτή την κατάσταση, τα σωματίδια κινούνται πάρα πολύ αργά και, ακολουθώντας τις αρχές της κβαντομηχανικής, συμπεριφέρονται σαν κύματα- ενώ επίσης συγχρονίζονται και κινούνται ενιαία, ως υπερρευστό, το οποίο ρέει χωρίς να χάνει ενέργεια.

Με επικεφαλής τον Πίτερ Ένγκελς, καθηγητή Φυσικής και Αστρονομίας του WSU, ερευνητές δημιούργησαν αυτές τις συνθήκες χρησιμοποιώντας λέιζερ για να επιβραδύνουν τα σωματίδια, ψύχοντάς τα, και επιτρέποντας σε θερμά, υψηλής ενέργειας σωματίδια να διαφύγουν σαν ατμός, με αποτέλεσμα την περαιτέρω ψύξη του υλικού. Τα λέιζερ παγίδευσαν τα άτομα, σαν να βρίσκονταν σε ένα μπωλ διαμέτρου κάτω των 100 microns. Σε αυτό το σημείο, το υπερρευστό ρουβιδίου έχει κανονική μάζα. Το σπάσιμο του μπωλ επιτρέπει στο ρουβίδιου να διαφύγει προς τα έξω, επεκτεινόμενο καθώς το ρουβίδιο στο κέντρο ορμούσε προς τα έξω.

Για τη δημιουργία αρνητικής μάζας, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα δεύτερο σετ από λέιζερ που κινούσε τα άτομα εμπρός και πίσω, αλλάζοντας τον τρόπο περιστροφής τους. Σε αυτό το σημείο, όταν το ρουβίδιο απελευθερώνεται, συμπεριφέρεται σαν να έχει αρνητική μάζα. «Όταν το σπρώχνεις, επιταχύνει προς τα πίσω» λέει ο Φορμπς. «Φαίνεται σαν το ρουβίδιο να χτυπά έναν αόρατο τοίχο».

Όπως σημειώνεται στην ανακοίνωση του πανεπιστημίου, η τεχνική αυτή επέτρεψε την αποφυγή κάποιων προβλημάτων που υπήρχαν σε προηγούμενες προσπάθειες κατανόησης της αρνητικής μάζας. «Αυτό που αποτελεί πρωτιά εδώ είναι ο ακριβής έλεγχος που έχουμε πάνω στη φύση αυτής της αρνητικής μάζας, χωρίς άλλες επιπλοκές» λέει ο Φορμπς. Η έρευνα αυτή βοηθά στο να γίνουν κατανοητές παρόμοιες συμπεριφορές που έχουν παρατηρηθεί σε άλλα συστήματα.

Επίσης, αυτό το επίπεδο ελέγχου δίνει στους ερευνητές ένα νέο μέσο για τη δημιουργία πειραμάτων σχετικά με ιδιαίτερα φαινόμενα στην αστροφυσική, όπως οι αστέρες νετρονίων, και κοσμολογικά φαινόμενα όπως οι μαύρες τρύπες και η σκοτεινή ενέργεια, όπου τα πειράματα είναι αδύνατα.