فیزیکدانان "جرم منفی" می‌آفرینند

فیزیکدانان دانشگاه ایالتی واشنگتن سیالی با جرم منفی آفریدند که هنگامی که به آن نیرو وارد می‌کنیم بر خلاف هر جسم فیزیکی‌ای که در این دنیا می‌شناسیم، در راستای وارد شدن نیرو شتاب نمی‌گیرد، بلکه وارونه شتاب می‌گیرد. 

تا کنون این‌گونه دیده‌ایم:

اگر به هر ماده فیزیکی نیرو وارد کنیم آن ماده در جهت نیروی وارده شتاب میگیرد

 ولی در این ماده‌ی تازه این قانون وارونه است!

مایکل فوربس، استادیار فیزیک و ستاره شناس در دانشگاه ایالتی واشنگتن (WSU) می‌گوید، این پدیده‌ی کمیاب تنها در شرایط آزمایشگاهی ایجاد شده است و می‌توان از آن در کشف شماری از مفاهیم پرچالش گیتی بهره برد.

 این پژوهش در روز ۱۶ آوریل ۲۰۱۷ در مجله Physical Review Letters، به چاپ رسیده است.

از نظر تئوری، جرمِ ماده نیز مانند بار الکتریکی می‌تواند منفی و یا مثبت باشد، ولی مردم به ندرت به این موضوع توجه دارند، زیرا در دنیای روزمره ما تنها جنبه‌های مثبت قانون دوم حرکت نیوتن را می‌بینیم که می‌گوید شتاب یک جسم برابر است با مجموع نیروهای وارده بر جسم تقسیم بر جرم آن F=ma است. به گفتاری دیگر این قانون می‌گوید که، اگر به جسمی نیرو وارد کنید، در راستای نیروی وارد شده شتاب خواهد گرفت.

فوربس می‌گوید: "در بیشتر چیزهایی که با آن سروکار داریم اینگونه است ولی اگر به ماده‌ای که جرم آن منفی است، نیرو وارد کنید، ماده در خلاف جهت نیروی وارد شده شتاب می‌گیرد."

شرایط آفرینش جرم منفی

فوربس و همکارانش با خنک کردن اتم‌های روبیدیم تا دمایی بسیار نزدیک به صفر مطلق، شرایط آفرینش جرم منفی را به وجود آوردند، در این شرایط چگالش بوز-اینشتین روی می‌دهد. در این حالت، که Satyendra Nath Bose  و Albert Einstein آن را پیش‌بینی کرده‌اند، جنبش ذرات بسیار آرام می‌شود و ذرات در این شرایط با فرورفتن در هم ابر-ذره‌هایی تشکیل می‌دهند که از اصول مکانیک کوانتومی پیروی کرده و مانند موج رفتار می‌کنند. در این شرایط ابرشاره‌ای (ابرمایع)  پدید می‌آید و بدون از دست دادن انرژی می‌تواند جریان بیابد و حرکت کند.

پژوهشگران به سرپرستی Peter Engels، استاد فیزیک و ستاره شناسی دانشگاه ایالتی واشنگتن (WSU)، برای کند کردن ذرات آنها را با بهره گیری از لیزر سرد کرده و شرایط را برای اینکه ذراتِ بسیار گرم و پرانرژی به صورت بخار، فرار کنند را فراهم کردند، و اینگونه این شرایط را آفریدند.

لیزر آنچنان اتم‌ها را به دام می‌اندازد که گویا در "کاسه اندازه گیری" به پهنای کمتر از صد میکرون گیر افتاده‌اند. در این گام، ابَر-شاره روبیدیوم جرم عادی دارد. ولی با برداشتن این حصار لیزری راه برای یورش (حرکت شدید) روبیدیوم به بیرون باز می‌شود، و روبیدیوم از مرکز به بیرون گسترش می‌یابد.

در همین هنگام برای منفی کردن جرم، پژوهشگران دسته‌ی دیگری از لیزرها را به کار گرفتند تا اتم‌ها‌ی پیش رونده را پس برانند و سمت چرخش آنها را وارونه کند. در این شرایط اگر روبیدیوم با سرعتی بسنده به بیرون بیاید، چنان رفتار می‌کند که گویا دارای جرم منفی است. فوربس، که به عنوان یک نظریه پرداز سیستم را تحلیل می‌کرد گفت: "هنگامی که در این شرایط به آن نیرو وارد کنید، در وارون جهت نیرو شتاب می‌گیرد. گویی روبیدیوم به دیواری ناپیدا می‌خورد".

در روش به کار گرفته شده در این پژوهش از کاستی‌های اساسی که در پژوهش‌های پیشین برای درک جرم منفی با آن روبرو شده بودند، خبری نیست.

فوربس می‌گوید: "برتری این روش آن است، که بدون هیچ گونه پیچیدگی می‌توان بر روی این جرم منفی کنترل داشت ". 

این کنترل، ابزاری برای کشف رابطه میان جرم منفی و پدیده‌های مشاهده شده در کیهان، مانند ستاره های نوترونی، سیاهچاله‌ها و انرژی تاریک است.

شاید این ها را نیز بپسندید:

راه‌هایی تازه برای ردیابی ستاره‌های خورده‌شده توسط سیاه‌چاله‌ها

  لینک منبع خبر:

Physicists create 'negative mass'