Фізикам вдалося вперше отримати матерію з “негативною масою”

Фізики з Вашингтонського університету (University of Washington) вперше в історії науки відтворили умови, при якому матерія, певний вид рідини, демонструє властивості “негативною маси”.

Поведінка цієї рідини повністю відповідає поняттю негативної маси, при додатку до неї вектора сили, що діє в певному напрямку, ця рідина починає рухатися з прискоренням в протилежному напрямку. Таке ефект важко отримати навіть в лабораторних умовах, “але його можна використовувати для вивчення і пояснення деяких раніше непояснених астрофізичних явищ” – пояснює Майкл Форбс (Michael Forbes), професор фізики і астрономії з Вашингтонського університету.

З гіпотетичної точки зору матерія може мати негативну масу точно так же, як електричні заряди мають позитивну або негативну полярність. Люди дуже рідко замислюються про цей аспект, адже в навколишньому світі проявляється тільки “позитивна” сторона маси. Згідно з другим законом Ньютона, якщо ви докладете до будь-якого об’єкта постійну силу, він почне рухатися з постійним прискоренням в напрямку дії цієї сили.

“На основі Другого закону Ньютона діє майже все, що ми бачимо навколо себе” – розповідає Майкл Форбс, – “Проте, матерія з негативною масою реагує на прикладену до неї силу абсолютно протилежним чином, вона починає рухатися в бік прикладеної до неї сили”.

В якості рідини з негативною масою виступав так званий конденсат Бозе-Ейнштейна, хмара з атомів рубідію, охолоджених практично до температури абсолютного нуля. В таких умовах тепловий рух частинок практично зупиняється і, завдяки висуненню на перший план законів квантової механіки, це хмара атомів набуває хвильову функцію і веде себе як один великий цілісний атом. Крім цього, конденсат Бозе-Ейнштейна за рахунок синхронного руху атомів має властивості супержідкості, надплинності, коефіцієнт в’язкості якої дорівнює нулю.

За допомогою світла лазерів з певними параметрами вчені забарилися практично до повної зупинки атоми заліза, а ті “гарячі” атоми, які не вдалося сповільнити, були вигнані з простору пастки за допомогою того ж лазерного світла. Пастка, в яку був “загнаний” конденсат Бозе-Ейнштейна, мала сферичну форму і розмір всього в 100 мікрон. У цей момент у конденсату ще була звичайна “позитивна” маса, але навмисне порушення цілісності пастки призвело до порушення ідеальної сферичної форми конденсату і атоми рубідію кинулися назовні пастки.
І в цей момент почалося все найцікавіше. Вчені використовували набір додаткових лазерів, які змінили напрямок обертання атомів рубідію. І після такої “обробки” супержідкость конденсату знайшла властивості негативною маси. “Як тільки атоми доходять до межі переходу маси з позитивною в негативну область, вони різко прискорюються в зворотному напрямку” – розповідає Майкл Форбс, – “Це схоже на те, що атоми рубідію немов відбиваються від невидимої стіни”.

Вищеописана методика отримання матерії з “негативного” масою дозволила вченим уникнути деяких проблем і неприємностей, з якими стикалися вчені під час попередніх подібних спроб. “Завдяки повному і точному контролю всіх параметрів експерименту, нам вдалося відтворити умови, при яких в експериментальній області виникає чітка межа” зміни полярності “маси матерії” – розповідає Майкл Форбс, – “Щось подібне може відбуватися і в надрах екзотичних астрономічних об’єктів, таких, як нейтронні зірки, чорні діри і щільні скупчення темної матерії. Тепер ми маємо можливість експериментувати і моделювати в лабораторних умовах фундаментальні явища, які відбуваються тільки в дуже специ фіческой навколишньому середовищу вищевказаних космічних об’єктів “.