Superfluido Extraño Con Masa Negativa Creado En Un Laboratorio

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Una nube de átomos sobreenfriados que se comportan como un superfluido ha demostrado una masa negativa, lo que significa que acelera en dirección opuesta a la dirección en la que se empuja.

Los científicos han creado un nuevo superfluido que tiene una masa negativa, lo que significa que si se empuja hacia la derecha, se acelera hacia la izquierda y viceversa.

El comportamiento extraño puede sonar como una violación monstruosa de la naturaleza, pero es un fenómeno que los físicos han visto indicios de antes. Sin embargo, esta es la primera vez que se demuestra una masa negativa sin ambigüedad en un laboratorio, dijo Han Pu, un físico teórico de la Universidad Rice que no participó en la nueva investigación.

El nuevo material creado con masa negativa es un tipo de condensado de Bose-Einstein, en el que los átomos individuales se mueven como un objeto, escribieron los científicos en el nuevo estudio. [Los 18 mayores misterios sin resolver en la física]

Los nuevos hallazgos podrían dar pistas sobre el comportamiento que se produce en el corazón de las estrellas de neutrones ultrafríos, que también actúan como superfluidos, dijo el coautor del estudio Michael Forbes, físico de la Universidad Estatal de Washington.

Masa negativa

Una de las primeras cosas que los estudiantes aprenden en la física de la escuela secundaria es que la fuerza es igual a la aceleración masiva, o F = m * a. Llamada la segunda ley del movimiento de Newton, la ecuación dicta lo que todos experimentan a diario: si empujas un objeto (salvo que otras fuerzas jueguen), se acelera alejándose de ti.

Sin embargo, durante mucho tiempo, los científicos han sabido que, al menos en teoría, existen ciertas condiciones en las que la aceleración podría ser negativa.

"Estos tipos de condiciones de masa negativa pueden surgir en una variedad de contextos", dijo Forbes a WordsSideKick.com. "No ocurren en el medio del espacio, por lo que sabemos".

Sin embargo, ha habido indicios de que este comportamiento ocurre espontáneamente en sistemas donde la luz viaja a través de materiales no lineales con propiedades eléctricas especiales, así como en ciertos tipos de cristales. Sin embargo, en estos sistemas, era difícil controlar o predecir dónde se producía la masa negativa, por lo que era difícil decir si realmente se estaba produciendo el comportamiento, dijo Forbes.

Átomos supercool

En el nuevo estudio, que se publicó el 10 de abril en la revista Physical Review Letters, Forbes y sus colegas eliminaron esta incertidumbre. Enfriaron los átomos de rubidio a cerca del cero absoluto (menos 459.67 grados Fahrenheit, o menos 273.15 grados Celsius) mientras los átomos estaban aplastados dentro de un pequeño tubo horizontal. A estas temperaturas de enfriamiento de los huesos, los átomos se mueven glacialmente lentos, y su movimiento se correlaciona de tal manera que el material formado por los átomos de rubidio actúa más como una onda que como una partícula. En esencia, es como si la colección de átomos de supercool se comporte como una partícula.

Luego, los investigadores enfocaron los láseres en el tubo, lo que cambió el estado de los átomos en el interior. Basado en el ángulo del láser, empuja las partículas de una forma u otra. A continuación, los investigadores abrieron los extremos del tubo que contenía los átomos. Normalmente, la luz láser empujaría la nube de átomos para expandirse hacia afuera hacia los extremos del tubo. Pero en este caso, una onda de choque se acumuló en un lado de la nube, haciendo que la nube de átomos se contraiga lejos de la onda.

"Si intentas alejar [la nube de átomos], efectivamente son los láseres los que hacen que se empuje hacia atrás", dijo Forbes. "A nivel microscópico, eso es lo que está pasando".

Aunque la nueva demostración parezca violar las leyes de la física, en realidad no lo hace.

"No diría que es inesperado", le dijo Pu a WordsSideKick.com.

Esto se debe a que la masa negativa efectiva del sistema aquí es una masa inercial, que dicta cómo un objeto acelera en respuesta a una fuerza aplicada; en este caso, el estudio simplemente significa que en ciertas condiciones dinámicas y estrechas, el signo en el término de masa en la ecuación se invierte. Pero la energía todavía se conserva y la masa gravitatoria del sistema, es decir, la cantidad de atracción gravitacional que la nube atómica ejerce y las experiencias, no ha cambiado. Así que la ley de Newton de la gravitación universal, que describe la atracción gravitacional entre dos masas, no ha sido violada. (Esta ley es lo que dicta que, en un vacío sin resistencia del aire, una pluma y una bola de plomo caerán hacia la Tierra a la misma velocidad).

Debido a que la masa gravitacional del condensado de Bose-Einstein todavía es positiva, los átomos individuales en el material todavía están unidos por la gravedad. Entonces, si el mismo experimento se volcó en un tubo vertical, la fuerza de la gravedad podría hacer que la nube atómica caiga hacia el suelo y se expanda, tal como lo esperaría la intuición común, agregó Forbes.

(Si, de alguna manera, un experimento creara condiciones en las que la masa gravitacional se volviera negativa, eso probablemente violaría las leyes físicas fundamentales, y las cosas se pondrían raras, rápidas., uno se sentiría atraído por el otro, mientras que el otro sería repelido. Por lo tanto, una partícula esencialmente perseguiría a la otra para siempre, alcanzando velocidades infinitamente altas, dijo Forbes.

Los nuevos hallazgos son interesantes desde un punto de vista puramente teórico, pero también podrían ayudar a los científicos a comprender lo que ocurre dentro de las estrellas de neutrones, dijo Forbes.Por ejemplo, las nubes frías de átomos de litio rellenas con fermiones tienen propiedades energéticas casi idénticas a las de las estrellas de neutrones, por lo que podrían usarse para crear "experimentos" que de otra manera nunca se podrían haber hecho en los objetos interestelares masivos en el espacio, dijo Forbes.

Publicado originalmente en WordsSideKick.com.


Suplemento De Vídeo: Logran crear «masa negativa» (masa efectiva negativa) en un laboratorio.




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