پژوهشگران در آزمایشگاه "جرم منفی" پدید آوردند

* فیزیکدانان دانشگاه ایالتی واشنگتن (WSU) شاره‌ای با جرم منفی پدید آورده‌اند که درست همان‌ چیزیست که از نامش بر می‌آید: اگر بر آن نیرو وارد کنیم، برخلاف همه‌ی اجرام فیزیکی شناخته شده‌ی جهان در راستایی که فشار بر آن وارد شده شتاب نمی‌گیرد، بلکه رو به عقب بر می‌گردد.

تصویر انتزاعی- بر پایه‌ی فرض، ماده نیز می‌تواند جرم منفی داشته باشد، همان گونه که بار الکتریکی می‌تواند مثبت یا منفی باشد. با جرم منفی، اگر چیزی را هل بدهید، به سوی شما می‌آید.

به گفته‌ی مایکل فوربز، استادیار فیزیک و اخترشناسی WSU و استادیار وابسته در دانشگاه واشنگتن، این پدیده به سختی در شرایط آزمایشگاهی به وجود آمده و می‌توان از آن برای کاوش برخی از مفاهیم پیچیده‌تر کیهان بهره جست. گزارش این پژوهش در نشریه‌ی فیزیکال ریویو لترز زیر عنوان "پیشنهاد سردبیر" منتشر شده.

بر پایه‌ی فرضیه، ماده می‌تواند دارای جرم منفی باشد، درست همان گونه که بار الکتریکی مثبت و منفی وجود دارد. مردم به سختی به چنین چیزی فکر می‌کنند، و در زندگی روزمره تنها جنبه‌های مثبت قانون دوم حرکت ایزاک نیوتن را می‌بینند که در آن، نیرو برابر است با جرم یک شی ضربدر شتاب آن، یا F=ma. به بیان دیگر، اگر جسمی را هل بدهید، در همان جهتی که بر آن فشار آورده‌اید شتاب خواهد گرفت. جرم همراستا و هم‌جهت با نیرو شتاب می‌گیرد.

فوربز می‌گوید: «این همان رفتاریست که از بیشتر چیزهایی که به کار می‌بریم سر می‌زند. [ولی] با جرم منفی، اگر بر چیزی فشار بیاورید رو به خودتان شتاب خواهد گرفت.»

شرایط برای جرم منفی*

فوربز و همکارانش شرایط برای جرم منفی را با سرد کردن اتم‌های روبیدیم تا مرز صفر مطلق، و پدید آوردن چیزی که به نام چگالش بوز-اینشتین شناخته می‌شوند فراهم آوردند. در چنین دمایی به پیش‌بینی ساتیندرا نات بوز و آلبرت اینشتین، ذرات بی‌اندازه کُند می‌شوند و با پیروی از اصول مکانیک کوانتومی، رفتاری موجی پیدا می‌کنند. آنها در این حالت با هم هماهنگ شده و در حرکتی یکپارچه، آنچه به عنوان یک ابرشاره شناخته می‌شوند را پدید می‌آورند، گونه‌ای شاره با گرانروی (ویسکوزیته‌ی) صفر که در آن، اتم‌ها بدون هیچ اصطکاکی و بدون از دست دادن انرژی حرکت می‌کنند، انگار که همگی یک ماده‌ی جامد یگانه باشند.

پژوهشگران به رهبری پیتر انگلس، استاد فیزیک و اخترشناسی WSU، در طبقه‌ی ششم ساختمان وبستر دانشگاه، با بهره از لیزر سرعت ذرات را پایین آورده و این شرایط را پدید آوردند. آنها با تاباندن لیزر، ذرات را سرد کرده و اجازه دادند ذرات داغ و پرانرژی مانند بخار بگریزند و ماده باز هم سردتر شود.

لیزر اتم‌ها را مانند این که در ظرفی به پهنای کمتر از یک صدم میکرون باشند به دام انداخت. در این جا ابرشاره‌ی روبیدیم هنوز جرم معمولی داشت و با شکستن ظرف، روبیدیم بیرون می‌ریخت و چون از مرکزش نیروی بر آن وارد می‌آمد، رو به بیرون پخش می‌شد.

این پژوهشگران برای پدید آوردن جرم منفی یک بار دیگر از لیزر بهره جستند تا اتم‌ها را به پس و پیش رانده و شیوه‌ی اسپین آنها را تغیییر دهند. اکنون اگر روبیدیم با سرعت کافی از ظرف بیرون بریزد، رفتار ماده‌ای با جرم منفی خواهد داشت. فوربز که به عنوان نظریه‌پرداز این سامانه را بررسی می‌کرد گفت: «اکنون بر آن فشار بیاید رو به عقب شتاب پیدا می‌کند. انگار که روبیدیم به یک دیوار نادیدنی برخورد می‌کند.»

پرهیز از کاستی‌های زیربنایی

در شگردی که توسط پژوهشگران WSU به کار رفت، از برخی از نقص‌های اساسی که پژوهش‌های گذشته برای شناخت جرم منفی با آن روبرو شده بودند پرهیز شد.

فوربز می‌گوید: «نخست این که ما اینجا کنترل دقیقی بر سرشت این جرم منفی داریم، بدون هیچ پیامد دیگری.» پژوهش آنان در مورد جرم منفی، رفتاری همسان با آنچه در سامانه‌های دیگر دیده شده را نشان می‌دهد. این افزایش کنترل به پژوهشگران ابزاری تازه برای مهندسیِ آزمایش‌ها جهت بررسی پدیده‌های همسانی در اخترفیزیک، مانند ستارگان نوترونی، و پدیده‌های کیهانی مانند سیاهچاله‌ها و انرژی تاریک، که آزمایش مستقیمشان ناشدنیست می‌دهد. فوربز می‌گوید: «این محیط دیگری برای بررسی یک پدیده‌ی بنیادین که بسیار شگفت‌آور است فراهم می‌کند.»

--------------------------------------------
* در حقیقت، "جرم موثر" منفی

--------------------------------------------

به تلگرام یک ستاره در هفت آسمان بپیوندید:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

واژه نامه:

Washington State University - fluid - negative mass - Michael Forbes - WSU - affiliate assistant - Physical Review Letters - Editor's Suggestion - electric charge - Isaac Newton - Second Law of Motion - acceleration - F=ma - rubidium - atom - absolute zero - Bose-Einstein condensate - Satyendra Nath Bose - Albert Einstein - quantum mechanics - wave - superfluid - Peter Engels - Webster Hall - laser - spin - neutron star - black hole - dark energy -

منبع: sciencedaily

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان