La maggior parte degli oggetti reagisce in modi prevedibili quando viene applicata la forza, a meno che non abbiano "massa negativa". E poi reagiscono esattamente all'opposto di quello che ti aspetteresti.

Ora i ricercatori dell'Università di Rochester sono riusciti a creare particelle con massa negativa in un semiconduttore atomicamente sottile, facendolo interagire con la luce confinata in una microcavità ottica.

Questo da solo è "interessante ed eccitante dal punto di vista della fisica, "dice Nick Vamivakas, professore associato di ottica quantistica e fisica quantistica presso l'Istituto di ottica di Rochester. "Ma si scopre anche che il dispositivo che abbiamo creato presenta un modo per generare luce laser con una quantità di energia incrementale".

Il dispositivo, descritto in Fisica della Natura, è costituito da due specchi che creano una microcavità ottica, che confina la luce a diversi colori dello spettro a seconda di come sono distanziati gli specchi.

Ricercatori nel laboratorio di Vamivakas, compresi gli autori co-leader Sajal Dhara (ora con l'Indian Institute of Technology) e Ph.D. studente Chitraleema Chakraborty, incorporato un semiconduttore diseleniuro di molibdeno atomicamente sottile nella microcavità.

Il semiconduttore è stato posizionato in modo tale che la sua interazione con la luce confinata producesse piccole particelle del semiconduttore, chiamate eccitoni, che si combinassero con i fotoni della luce confinata per formare polaritoni.

"Facendo in modo che un eccitone ceda parte della sua identità a un fotone per creare un polaritone, ci ritroviamo con un oggetto a cui è associata una massa negativa, " Spiega Vamivakas. "È una cosa a cui pensare, perché se provi a spingerlo o tirarlo, andrà nella direzione opposta a quanto ti direbbe il tuo intuito."

Altri gruppi di ricerca hanno sperimentato dispositivi simili, Vamivakas dice, ma questo è il primo dispositivo per produrre particelle con massa negativa.

Sebbene le applicazioni siano "ancora lungo la strada, " Vamivakas aggiunge, il suo laboratorio continuerà ad esplorare:

• Come il dispositivo potrebbe fungere da substrato per la produzione di laser. "Con i polaritoni che abbiamo creato con questo dispositivo, la ricetta per far funzionare un laser è completamente diversa, " Dice Vamivakas. "Il sistema inizia a emettere laser con un input di energia molto più basso" rispetto ai laser tradizionali ora in uso.
• Le implicazioni fisiche della creazione di massa negativa nel dispositivo. "Stiamo escogitando modi per applicare spinte e tirate, magari applicando un campo elettrico attraverso il dispositivo, e poi studiando come questi polaritoni si muovono nel dispositivo sotto l'applicazione di una forza esterna".