Washington State University fysiker har skapat en vätska med negativ massa, vilket är precis vad det låter. Tryck på den, och till skillnad från alla fysiska föremål i världen vi känner, det accelererar inte i den riktning det pressades. Det accelererar bakåt.

Fenomenet skapas sällan under laboratorieförhållanden och kan användas för att utforska några av de mer utmanande begreppen i kosmos, sa Michael Forbes, en WSU biträdande professor i fysik och astronomi och en associerad biträdande professor vid University of Washington. Forskningen visas idag i tidskriften Fysiska granskningsbrev , där det presenteras som ett "Editor's Suggestion".

Hypotetiskt, materia kan ha negativ massa i samma mening som en elektrisk laddning kan vara antingen negativ eller positiv. Folk tänker sällan i dessa termer, och vår vardag ser bara de positiva aspekterna av Isaac Newtons andra rörelselag, där en kraft är lika med massan av ett objekt gånger dess acceleration, eller F =ma. med andra ord, om du trycker på ett föremål, det kommer att accelerera i den riktning du trycker på det. Massa kommer att accelerera i kraftens riktning.

"Det är det mesta vi är vana vid, "sa Forbes, antyder den bisarrhet som kommer. "Med negativ massa, om du trycker på något, det accelererar mot dig. "

Villkor för negativ massa

Han och hans kollegor skapade förutsättningarna för negativ massa genom att kyla rubidiumatomer till bara ett hår över absolut noll, skapa det som kallas ett Bose-Einstein-kondensat. I detta tillstånd, förutsagt av Satyendra Nath Bose och Albert Einstein, partiklar rör sig extremt långsamt och, efter principerna för kvantmekanik, bete sig som vågor. De synkroniserar också och rör sig i samklang som det som kallas en superfluid, som flyter utan att förlora energi.

Under ledning av Peter Engels, WSU professor i fysik och astronomi, forskare på sjätte våningen i Webster Hall skapade dessa förhållanden genom att använda laser för att bromsa partiklarna, gör dem kallare, och låter varmt, partiklar med hög energi som flyr som ånga, kyla materialet ytterligare.

Lasrarna fångade atomerna som om de var i en skål som mäter mindre än hundra mikron. Vid denna tidpunkt, rubidium -superfluiden har regelbunden massa. Att bryta skålen gör att rubidium kan rusa ut, expanderar när rubidium i mitten skjuter utåt.

För att skapa negativ massa, forskarna applicerade en andra uppsättning lasrar som sparkade atomerna fram och tillbaka och förändrade hur de snurrar. Nu när rubidium rusar ut tillräckligt snabbt, om den beter sig som om den har negativ massa. "När du trycker på det accelererar bakåt, "sa Forbes, som fungerade som en teoretiker som analyserade systemet. "Det ser ut som att rubidium träffar en osynlig vägg."

Undvik underliggande defekter

Tekniken som används av WSU -forskarna undviker några av de underliggande defekterna som uppstått i tidigare försök att förstå negativ massa.

"Det första här är den utsökta kontrollen vi har över naturen hos denna negativa massa, utan några andra komplikationer, säger Forbes. Deras forskning klargör, när det gäller negativ massa, liknande beteende som ses i andra system. Denna ökade kontroll ger forskare ett nytt verktyg för att konstruera experiment för att studera analog fysik inom astrofysik, som neutronstjärnor, och kosmologiska fenomen som svarta hål och mörk energi, där experiment är omöjliga. "Det ger en annan miljö att studera ett grundläggande fenomen som är mycket märkligt, "Sa Forbes.