En FLEET-studie ledd av David Colas vid University of Queenslands klargör nyare studier av negativ massa, undersöker det märkliga fenomenet självinblandning.

När vi tänker på "massa, "Vi betraktar vanligtvis den "tröghetsmassan" - en kropps motstånd mot acceleration på grund av en applicerad kraft.

För ett rörligt föremål, dess massa är då ett enkelt förhållande mellan momentum som appliceras på den, och hastigheten den får.

Dock, i vissa situationer, detta förhållande är inte bara proportionellt och kan bero på den impuls som appliceras på objektet. Fysiker talar då om effektiv massa, vilket till och med kan vara negativt.

I sådant fall, ett föremål skulle röra sig på ett helt icke-intuitivt sätt när det påverkades av en kraft.

"Föreställ dig en fotboll, du ger den en första spark för att komma närmare målet, du ger den sedan en extra spark för att göra mål men istället för att accelerera, bollen saktar ner! Du är lite förbryllad, så du bestämmer dig för att sparka bollen ännu hårdare, och den rör sig nu mot din fot och inte bort från den, " förklarar huvudförfattaren till UQ-studien, Dr David Colas.

Negativa massor kan uppnås experimentellt på partikelnivå i olika system, till exempel genom att använda hål i halvledare, genom att koppla ljus till materia i mikrohåligheter skapa "exciton-polariton, " eller i atomära ultrakalla atomgaser i form av Bose-Einstein-kondensat (BEC).

"Negative-Mass Effects in Spin-Orbit Coupled Bose-Einstein Condensates" publicerades i Physics Review Letters i juli.

Den teoretiska UQ-forskningen utökade en tidigare studie vid Washington State University som visar en negativ masseffekt i expansionen av en atomär BEC, illustrerar på ett bra sätt den här plattformens mångsidighet och stora inställningsförmåga.

I deras studie, UQ-forskarna har klargjort effekterna associerade med de olika typerna av negativ massa och identifierat den slående "självstörande effekten" i atomkondensatet, som ursprungligen hade förutspåtts för exciton-polaritoner.

Detta bygger en heltäckande bild av den "självstörande effekt" som observerades i WSU-experimentet, men visar också hur interaktionerna kan hjälpa och utlösa den nuvarande mekanismen.

Thomas Youngs 1801 dubbelslitsexperiment som demonstrerade materiavågsinterferens var en av de första observationerna av en kvanteffekt. Individuella partiklar skickas på en skärm med två slitsar som visar störningar när de går igenom den, precis som vågor. Med en ultrakall atomgas, man kan skapa samma typ av interferens med bara partiklarna, utan behov av en skärm och slitsar, helt enkelt genom att påverka deras effektiva massa.

"För att fortsätta med fotbollsliknelsen, tänk dig att om du sparkar för hårt, du kommer att klämma den mot din fot en stund. När bollen lämnar din stövel, den expanderar igen och du ser att den främre delen av bollen så småningom kommer att färdas långsammare än dess nedre del. Bollen stör då sig själv” fortsätter Dr David Colas.

WUS rapporterade att negativ masseffekt kan stoppa den fria expansionen av en BEC och leda till fransar i tätheten. UQ-studien visade att detta orsakades av självinterferens av vågpaketet, uppstår när vissa massparametrar som kännetecknar systemet blir negativa.

Negativa masseffekter kan komma ut under olika former, såsom självinblandning. Men en av de mest slående är utbredningen bakåt för en positiv impuls:den hypotetiska fotbollsbollen som accelererar mot kickerns känga, inte borta från det.

UQ-forskarna visar att denna fascinerande regim skulle vara mer möjlig att uppnå i atomära BEC, än med exciton-polaritoner, öppnar vägen för nya intressanta forskningsvägar.

Förtydligande av vilken typ av massa som är ansvarig för varje observerat fenomen kommer att undvika vanliga feltolkningar om negativ massa. Ett sådant förtydligande kommer att hjälpa till att få forskning om negativ massa på rätt spår igen.