Sci-fi v přímém přenosu: Fyzici vytvořili hmotu se zápornou hmotností  
Co je potřeba pro výrobu exotické hmoty se záporným znaménkem? Lasery, zase lasery a ještě trochu atomů rubidia.

 

Model supratekutého Bose-Einsteinova kondenzátu. Kredit: UAF.
Model supratekutého Bose-Einsteinova kondenzátu. Kredit: UAF.

Hmota se zápornou hmotností? Zní to jako šarlatánství. Jenže chyba lávky. V teoretické fyzice je to prostě hmota s hmotností, která nabývá záporných hodnot. Třeba mínus 100 kilogramů. Prozatím to ovšem je velice hypotetická záležitost. Taková hmota by měla mít zvláštní vlastnosti, díky nimž se objevuje v některých spekulativních, ale zároveň ostře sledovaných teoriích, například ohledně konstrukce červích děr. Doposud se této exotické hmotě nejvíce blížila situace s oblastí pseudo-záporného tlaku, který vzniká v důsledku Casimirova jevu.

 

Michael Forbes. Kredit: WSU.
Michael Forbes. Kredit: WSU.

Fyzici Washingtonské Státní univerzity (WSU) nedávno experimentálně vytvořili hmotu se zápornou hmotností tím, že laserově chladili atomy rubidia. Michael Forbes a jeho spolupracovníci vyrobili špetku kapaliny. Její záporná hmotnost se projevuje tak, že když na ni působí síla, tak se na rozdíl od všech známých fyzikálních objektů ve vesmíru nepohybuje ve směru působící síly, ale naopak proti ní. Vědecká práce týmu WSU vzbudila takový ohlas, že ji prestižní fyzikální časopis Physical Review Letters v novém čísle doporučuje jako výběr editora.


Hypoteticky vzato, hmota může mít zápornou hmotnost, podobně jako může být elektrický náboj kladný nebo záporný. Lidé ale obvykle takhle o hmotnosti nepřemýšlejí a mají plnou hlavu newtonovské fyziky, kde se síla rovná hmotnosti objektu krát jeho zrychlení. Objekt s kladnou hmotností zrychluje ve směru působení síly. Jak říká Forbes, pokud zapůsobíte silou na něco se zápornou hmotností, tak to zrychlí proti směru síly.

 

Slavné schéma Bose-Einsteinova kondenzátu (uprostřed těsně po vzniku), vytvořeného z atomů rubidia. Kredit: NIST/JILA/CU-Boulder.
Slavné schéma Bose-Einsteinova kondenzátu (uprostřed těsně po vzniku), vytvořeného z atomů rubidia. Kredit: NIST/JILA/CU-Boulder.

Abychom ale byli přesní a hned zarazili předčasná očekávání cestování mimoprostorem, v tomto výzkumu nešlo o klasickou hmotnost, nýbrž o efektivní hmotnost, která se týká částic, případně kvazičástic v silovém poli, a má co dělat s kvantovou mechanikou. Objekty s efektivní hmotnosti bývají třeba vodivostní elektrony v silovém poli krystalové mřížky. Efektivní hmotnost se shodou okolností obvykle uvádí v jednotkách hmotnosti elektronu (9,11 x 10-31 kg). Nabývá hodnot v rozmezí 0 až 10, někdy až 1000 – v materiálech s exotickými fermiony. A jak je vidět, efektivní hmotnost může být i záporná.


Forbes s kolegy postupovali tak, že zchladili atomy rubidia lasery na teplotu jen o vlásek vyšší, než je absolutní nula. Zpomalili tyto atomy, co to jenom šlo, a zároveň umožnili uniknout „horkým“ částicím o vyšších energiích. Tím vznikl populární a pozoruhodný Bose-Einsteinův kondenzát. V takovém materiálu se částice pohybují extrémně pomalu, jsou v moci podivností kvantové mechaniky a chovají se spíše jako vlny. Jsou synchronizované a pohybují se jako supratekutina.


Nejprve získali supratekutinu rubidiových atomů, která měla běžnou hmotnost, řekněme s kladným znaménkem. Pak zapojili druhou sestavu laserů, které ovlivnily pohyb atomů a změnily jejich spin. Když pak na supratekutinu zapůsobila síla, tak se supratekutina pohybovala proti této síle, přesně jako by měla zápornou hmotnost. Podle Forbese to vypadalo, jako kdyby rubidiové atomy narážely do neviditelné zdi.


Vědcům WSU se povedlo získat nad hmotou se zápornou efektivní hmotností kontrolu, bez dalších komplikací, které doprovázely předešlé pokusy o studium této exotické formy hmoty. Díky tomu teď mají k dispozici nástroj, s nímž bude možné studovat reálně nedosažitelné jevy, jako jsou neutronové hvězdy, černé díry nebo přízračná temná hmota.

Literatura
Washington State University 10. 4. 2017, Physical Review Letters 118: 155301, Wikipedia (Negative Mass).

Datum: 23.04.2017
Tisk článku

Mediální monopol - Verick M.A.
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 275 Kč
cena: 244 Kč
Mediální monopol
Verick M.A.

Diskuze:




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace