sinistra, semplice, relazione "massa positiva":la massa della palla rimane stabile indipendentemente dal calcio. RHS, massa "dipendente dal calcio", la massa della palla dipende dalla forza del calcio. Credito:FLEET
Uno studio FLEET condotto da David Colas dell'Università del Queensland chiarisce studi recenti sulla massa negativa, indagando lo strano fenomeno dell'auto-interferenza.
Quando pensiamo alla massa, " di solito consideriamo la massa "inerziale" - la resistenza di un corpo all'accelerazione dovuta a una forza applicata.
Per un oggetto in movimento, la sua massa è quindi una semplice relazione tra quantità di moto applicata ad essa, e la velocità che acquisisce.
Però, in alcune situazioni, questa relazione non è semplicemente proporzionale e può dipendere dall'impulso applicato all'oggetto. I fisici poi parlano di massa effettiva, che può essere anche negativo.
In tal caso, un oggetto si muoverebbe in modo del tutto non intuitivo se agito da una forza.
"Immagina un pallone da calcio, dai un primo calcio per avvicinarti alla meta, poi gli dai un calcio in più per segnare ma invece di accelerare, la palla rallenta! Sei un po' perplesso, quindi decidi di calciare la palla ancora più forte, e ora si muove verso il tuo piede e non lontano da esso, " spiega l'autore principale dello studio UQ, Il dottor David Colas.
Le masse negative possono essere ottenute sperimentalmente a livello di particelle in vari sistemi, ad esempio utilizzando fori all'interno di semiconduttori, accoppiando la luce alla materia in microcavità creando "eccitone-polaritone, " o in gas atomici ultrafreddi sotto forma di condensati di Bose-Einstein (BEC).
"Negative-Mass Effects in Spin-Orbit Coupled Bose-Einstein Condensates" è stato pubblicato in Lettere di revisione di fisica nel mese di luglio.
Principio di auto-interferenza illustrato. La funzione d'onda rappresenta la probabilità di trovare le particelle in una data posizione. Man mano che il gas si espande, compaiono frange nella densità, per effetto dell'autointerferenza. Credito:FLEET
La ricerca teorica UQ si è espansa su un precedente studio presso la Washington State University che dimostrava un effetto di massa negativo nell'espansione di un BEC atomico, illustrando bene la versatilità e la grande sintonizzabilità di questa piattaforma.
Nel loro studio, i ricercatori dell'UQ hanno chiarito gli effetti associati ai diversi tipi di massa negativa e individuato il sorprendente "effetto auto-interferente" nel condensato atomico, che era stato originariamente previsto per eccitone-polaritoni.
Questo costruisce un quadro completo dell'"effetto di auto-interferenza" osservato nell'esperimento WSU, ma mostra anche come le interazioni possono aiutare e innescare il meccanismo attuale.
L'esperimento della doppia fenditura di Thomas Young del 1801 che dimostrava l'interferenza delle onde di materia fu una delle prime osservazioni di un effetto quantistico. Le singole particelle vengono inviate su uno schermo con due fessure che mostrano interferenze mentre lo attraversano, esattamente come le onde. Con un gas atomico ultrafreddo, si può creare lo stesso tipo di interferenza solo con le particelle, senza bisogno di schermo e fessure, semplicemente influenzando la loro massa effettiva.
"Per continuare con l'analogia con il pallone da calcio, immagina che se lo prendi a calci troppo forte, lo stringerai un po' contro il piede. Quando la palla lascia il tuo stivale, si espande nuovamente e vedi che la parte anteriore della palla alla fine viaggerà più lentamente della sua parte inferiore. La palla poi interferisce con se stessa" continua il dottor David Colas.
Il WUS ha riferito che l'effetto massa negativo può fermare l'espansione libera di un BEC e portare a frange nella densità. Lo studio UQ ha mostrato che questo è stato causato dall'auto-interferenza del pacchetto d'onda, insorgono quando alcuni parametri di massa che caratterizzano il sistema diventano negativi.
Gli effetti di massa negativi possono manifestarsi sotto forma diversa, come l'auto-interferenza. Ma una delle più eclatanti è la propagazione all'indietro di un impulso positivo:l'ipotetico pallone da calcio che accelera verso la scarpa del calciatore, non lontano da esso.
I ricercatori dell'UQ mostrano che questo affascinante regime sarebbe più realizzabile nei BEC atomici, che con eccitone-polaritoni, aprendo la strada a nuovi interessanti percorsi di ricerca.
Chiarire il tipo di massa responsabile di ciascun fenomeno osservato eviterà le comuni interpretazioni errate sulla massa negativa. Tale chiarimento aiuterà a rimettere in carreggiata la ricerca di massa negativa.
