Bár a negatív tömeg elsőre igen bizarrnak tűnhet, a tudomány valójában egy ideje ismeri már a jelenséget. Eddig azonban nem sikerült laboratóriumi körülmények közt egyértelműen demonstrálni.
Michael Forbes, a Washington Állami Egyetem szakértője és az új tanulmány vezető szerzője szerint a felfedezéssel az ultrahideg neutroncsillagok belsejében zajló folyamatokat is könnyebb lesz majd megérteni, mivel ezen égitestek is szuperfolyadékként viselkednek.
Newton második törvénye, azaz a dinamika törvénye, az egyik első dolog, amit a középiskolások fizikából megtanulnak. Az axióma dióhéjban: ha az ember megnyom egy tárgyat, és nincs más erő, ami akadályozná a mozgást, a test a tolás irányával ellentétes irányban mozdul el.
A szakértők azonban egy ideje sejtik, hogy lehetnek olyan körülmények, melyek közt a gyorsulás ellentétes irányú lesz.
Ezek a negatív tömegű állapotok különböző helyzetekben merülhetnek fel
– állapította meg Forbes. A szakértő hozzátette, a tudomány mai állása szerint az űrben például nem fordulhat elő negatív tömeg.
Arra ugyanakkor vannak bizonyítékok, hogy a jelenség spontán megmutatkozhat olyan környezetben, ahol a fény nemlineáris, speciális elektromos tulajdonságokkal rendelkező környezetben, illetve bizonyos típusú kristályokban halad keresztül. Efféle környezetekben azonban nem túl könnyű pontos méréseket végezni, sőt, mai technológiánkkal egyenesen lehetetlen.
A neuroncsillagok megértésében is segíthet
A Physical Review Letters-ben megjelent új tanulmányban Forbes kollégáival azt írja le, sikerült megszüntetni a negatív tömeg körüli bizonytalanságot. A csapat tagjai rubídiumatomokat hűtöttek le közel abszolút nulla fokra. A részecskéket eközben egy apró, vízszintes csőben nyomták össze.
A kutatók ezután lézert irányítottak az atomokra, hogy megmozgassák az anyagot. Miután a szakértők kinyitották a csövet, észrevették, hogy a lézer nem az elvárható irányba, azaz a cső vége felé terelte a részecskéket, hanem épp a másik oldalra.
Úgy tűnhet, hogy ez ellent mond a fizika törvényeinek, valójában azonban szó sincs erről. Mivel a rendszerben a negatív tömegű anyag tehetetlenségi tömeg volt – tehát azt szabta meg, hogy a tárgy az erő hatására miként gyorsuljon – a kísérlet annyit jelent, hogy bizonyos körülmények közt az egyenletben a tömeg értéke negatív.
A Bose-Einstein kondenzátum gravitációja tehát továbbra is pozitív volt, így az anyagon belüli atomok ugyanúgy összetartottak. Ugyanakkor, ha a tesztet egy függőleges csőben hajtották volna végre, a rubídiumfelhő lefelé indult volna meg, és egész másként viselkedett volna.
Az új felfedezés elsősorban az elméleti fizikusok számára lehet fontos, de az eredményekkel a neutroncsillagok belsejében zajló folyamatok is érthetőbbé válhatnak. A fermionokkal töltött hideg lítiumatomok például hasonló energetikai tulajdonságokkal rendelkeznek, mint az égitestek, így az efféle anyagokkal modellezhetővé válhatnak a nehezen vizsgálható csillagok.
(Kiemelt képünkön ampullában tárolt rubídium látható.)
