negative Substanz. Wissenschaftler haben eine Substanz mit negativer effektiver Masse nachgewiesen

Eine andere "wissenschaftliche" Sensation aus dem Ausland ließ mich erschaudern - sie stellte sich als so dumm heraus. Einige Wissenschaftler sagten, dass sie in der Lage seien, den Effekt einer "negativen Masse" zu erzielen, und Netzwerkjournalisten schmetterten diesen Aprilscherz zu Veröffentlichungen. Analysieren wir den Artikel von Ilya Khel von hi-news.ru über dieses Ereignis.

Die Nachricht besagt, dass Physiker der University of Washington eine Flüssigkeit mit negativer Masse geschaffen haben. Physiker sagen, dass dies ein Zeichen für eine solche Masse ist: „Schieben Sie sie, und im Gegensatz zu allen physikalischen Objekten auf der Welt, die wir kennen, wird sie nicht in die Richtung des Stoßes beschleunigen. Sie beschleunigt hinein Rückseite". Dies wurde von Michael Forbes, Assistenzprofessor, Physiker und Astronom an der University of Washington, festgestellt, und die Studie selbst erschien in Physical Review Letters.

Es wird weiter erklärt, dass Materie hypothetisch angeblich eine negative Masse haben kann, sagen sie, im gleichen Sinne wie elektrische Ladung kann sowohl negativ als auch positiv sein. Und Physiker führen das „Zweite Gesetz“ von Isaac Newton als Illustration an – die auf einen Körper wirkende Kraft ist gleich dem Produkt aus der Masse des Körpers und der durch diese Kraft ausgeübten Beschleunigung.

Außerdem erklärt Ilya Khel dieses „Gesetz“ anscheinend selbst: „Wenn Sie ein Objekt schieben, beschleunigt es in die Richtung Ihres Stoßes. Die Masse wird es in Richtung der Kraft beschleunigen." Und Forbes behauptet, dass „wir an diesen Zustand gewöhnt sind“ und fügt hinzu: „Wenn Sie mit negativer Masse etwas schieben, wird es auf Sie zu beschleunigen.“

Angesehene Physiker aus den USA wissen also wenig über Physik. Werfen wir einen Blick auf ihre Aussagen. Erstens gibt es kein einziges Werk auf der Welt, in dem das physische Wesen der Masse offenbart würde. Zweitens gibt es weltweit keine einzige Definition dieser physikalischen Größe. Das heißt, niemand auf der Welt weiß heute, was Masse ist. Die Suche nach einer Definition und Identifizierung des Wesens der Masse ist eine der größten eigentliche Aufgaben moderne Physik.

Wie kommen Physiker aus dieser Situation heraus? Sie leiten die Masse aus Newtons zweitem Gesetz ab, dem gleichen, das im Artikel erwähnt wird. Allerdings haben diese Physiker Newtons Arbeit offenbar nicht gelesen. Und er führte SOLCHE Masse als Proportionalitätskoeffizient ein und nicht als physikalische Größe. Das heißt, mit der Masse aus Newtons „Zweitem Gesetz“ können keine Operationen durchgeführt werden.

Masse bedeutet heute Trägheit - und sie verhindert nur die Beschleunigung, das heißt, sie verhält sich laut den Autoren des Artikels so negative Masse. Und dieser Fehler ist eine Folge eines Missverständnisses der US-Physiker über die physikalische Essenz der Masse.

Nun zum "Zweiten Gesetz" von Newton. Dies ist kein Gesetz. Dies ist der übliche Ausdruck für eine neue physikalische Größe, die in diesem Ausdruck mit dem Buchstaben „F“ bezeichnet und das Wort „Kraft“ genannt wird. Viele physikalische Größen werden auf diese Weise geschrieben, zum Beispiel l \u003d vt (der Pfad ist gleich dem Produkt Geschwindigkeit mal Zeit) oder S = ab (die Fläche ist gleich dem Produkt aus Länge und Breite) usw.

Eigentlich ist es nicht. Auch wenn man sich an Newtons „Gesetze“ hält, wird daraus deutlich, dass die Masse die zentrale Schwerkraft erzeugt, das heißt, die Masse hat zentrifugale Eigenschaften, wo es nur 0 und unendlich gibt. Keine Vor- oder Nachteile. Daher ist die Physik schon vor langer Zeit zu dem Schluss gekommen: Die Masse kann entweder gleich Null sein oder einen positiven Wert haben.

Lassen Sie mich nun erklären, was Masse ist. Arbeiten an Einheitliche Theorie Feld konnte ich einige Fortschritte in dieser Richtung machen. Masse ist komplex. physikalische Größe, die Folgendes beinhaltet: 1) die Anzahl der Teilchen im "Körper", 2) ihre Bewegung, 3) die Geometrie der Bewegungsbahn, 4) die Wahrscheinlichkeit, Teilchen an der einen oder anderen Stelle dieser Bahn zu finden. Und vor allem hat ein Körper unendlich viele Massen. Diese Eigenschaft wurde im 19. Jahrhundert entdeckt berühmter Physiker Mach, aber dann konnte er es sich nicht erklären.

Wenn also eine Kraft auf eine Masse einwirkt, kann man das Vorzeichen dieser Masse nicht anhand der Richtung ihrer Bewegung beurteilen. Ich gebe Ihnen ein Beispiel. Wenn wir einen rotierenden Körper – einen Kreisel – nehmen und eine Kraft darauf anwenden, bewegt sich der Körper in eine Richtung senkrecht zur ausgeübten Kraft. Und diese Eigenschaft des Kreisels wird in der Physik in der Schule gelehrt. Das ist negative Masse für Sie! Physiker aus den USA gingen einfach nicht in die 8. Klasse.

Außerdem beschreiben sie selbst ihr Experiment, das sie mit einem rotierenden Körper durchgeführt haben. So wird die Arbeit der „Genies“ beschrieben: „Gemeinsam mit Kollegen schuf er die Voraussetzungen für eine negative Masse, indem er Rubidiumatome auf einen Zustand von fast abkühlte Absoluter Nullpunkt und erzeugt so ein Bose-Einstein-Kondensat. In diesem von Shatyendranath Bose und Albert Einstein vorhergesagten Zustand bewegen sich die Teilchen sehr langsam und folgen den Prinzipien Quantenmechanik verhalten sich wie Wellen. Sie synchronisieren sich auch und bewegen sich im Einklang als Superfluid, das ohne Energieverlust fließt.“

Achte nicht auf beängstigende Worte Kondensattyp. Auf den Punkt schauen. wieder hier fataler Fehler. Der Autor erzählt niedrige Temperatur Mit der Geschwindigkeit der Teilchen, sagen sie, bewegen sie sich langsam.

Aber Temperatur ist nicht die Bewegungsgeschwindigkeit von Teilchen in einem Strom, sondern die Bewegungsgeschwindigkeit eines Teils in einer Richtung senkrecht dazu! Fließt beispielsweise eine Flüssigkeit parallel zu einer Wand, dann übt sie keinen Druck auf diese aus. Druck entsteht durch einen senkrechten Aufprall auf die Gefäßwand. Dies wurde uns von den Lehrenden des Instituts am Fachbereich Raketenantriebe perfekt vermittelt. In ihnen ist die Durchflussrate der Hauptindikator, mit dem sie arbeiten.

Daher ist niedrige Temperatur laminare Strömung, und Hochtemperatur - turbulent. Mit Kondenswasser hat das hier nichts zu tun.

Weiter: „Unter der Leitung von Peter Engels, Professor für Physik und Astronomie an der University of Washington, schufen Wissenschaftler im sechsten Stock der Webster Hall diese Bedingungen, indem sie Laser verwendeten, um Partikel zu verlangsamen, sie kühler zu machen und heiße, hochenergetische Partikel zuzulassen wie Dampf entweichen und das Material weiter abkühlen. ".

Hier wird genau beschrieben, dass Partikel mit einem zu hohen Quergradienten durch Laser herausgeschlagen werden.

Weiter: „Die Laser haben die Atome eingefangen, als wären sie in einer Schüssel von weniger als hundert Mikrometern Größe. Zu diesem Zeitpunkt hatte das superflüssige Rubidium die übliche Masse. Der Bruch des Bechers ermöglichte es dem Rubidium zu entweichen und sich auszudehnen, als das Rubidium in der Mitte herausgedrückt wurde."

In die Umgangssprache übersetzt bedeutet dies, dass die Rubidium-Atome in eine durch Laser erzeugte Interferenzstruktur eingebracht wurden. Diese Struktur hat eine komplexe Geometrie von Geschwindigkeiten in sich. Es ist unmöglich, hier von einer Richtung zu sprechen.

Weiter: „Um negative Masse zu erzeugen, verwendeten die Wissenschaftler einen zweiten Satz Laser, der die Atome hin und her schob und ihre Drehung änderte. Wenn das Rubidium jetzt schnell genug aufgebraucht ist, verhält es sich so, als hätte es eine negative Masse. "Drücken Sie es und es wird hineinbeschleunigen umgekehrte Richtung", sagt Forbes. "Es ist, als ob Rubidium auf eine unsichtbare Wand trifft."

Hier tritt eine weitere physikalische Größe in Erscheinung – der Spin. Während der Arbeit an dem Buch „Vakuum: Konzept, Struktur, Eigenschaften“ musste ich mich mit einem der führenden Institute der Physik über Spin beraten. physische Institutionen Länder. Der Abteilungsleiter sagte mir etwa so: „Ich beschäftige mich seit mehr als zwanzig Jahren mit Spinnen, ich habe meine Dissertationen und Dissertationen darüber geschrieben, es gibt keine besseren Spezialisten als mich, aber ich kann nicht erklären, was Spinnen ist.“

Und er hat Recht. Es gibt kein klares Konzept darüber, was Spin ist. Daher ist es unmöglich, absichtlich etwas zu ändern, dessen Wesen Sie nicht verstehen. Beispiel: Niemand kennt die Sprache der Marsmenschen, also kann niemand einen Teil der Wörter dieser Sprache ändern.

In meiner Interpretation ist der Spin ein Indikator für die Rückkehr des Systems in seinen ursprünglichen Zustand: Nach wie vielen Teilbewegungen wird das System in einen Zustand übergehen, der vom vorherigen nicht mehr zu unterscheiden ist. Zum Beispiel das Übliche Kreisel 1 Kreis - das ist Spin gleich 1. Im Möbius-Streifen ist Spin 2 - Sie müssen sich nacheinander auf beiden Seiten des Streifens bewegen. Sinus und Cosinus haben einen Spin von ½.

Es gibt viele verschiedene Optionen, aber es ist unmöglich, den Spin durch Hin- und Herschieben zu ändern. Der Spin ändert sich nur durch eine Änderung der Geometrie des Raums, durch den die Bewegung ausgeführt wird (Möbiusband), oder durch die Verwendung eines anderen Algorithmus zur Beschreibung der Bewegung (Sinus, Cosinus).

BEIM einmal mehr Physiker aus den USA haben die Dummheit eingefroren. Der Grund dafür ist, dass sie sich verpflichtet haben, Probleme zu lösen, ohne den Kern der ursprünglichen Bestimmungen zu verstehen. Und Journalisten zertrümmerten diese "Sensation" wie Mutterkorn.

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BEIM moderne Physik Masse verstanden verschiedene Eigenschaften physikalisches Objekt:

  • Träge Masse charakterisiert das Maß der Trägheit von Körpern und erscheint im zweiten Newtonschen Gesetz. Wenn eine willkürliche Kraft eindringt Trägheitssystem gleiches Zählen beschleunigt unterschiedliche Anfangsbuchstaben unbewegliche Körper, dann wird diesen Körpern die gleiche träge Masse zugeordnet.
  • Gravitationsmasse zeigt die Kraft, mit der der Körper mit Außen interagiert Gravitationsfelder- Tatsächlich ist diese Masse die Grundlage für die Massemessung durch Wägen in der modernen Metrologie, und welches Gravitationsfeld erzeugt dieser Körper selbst (aktiv Gravitationsmasse) - diese Masse erscheint im Gesetz der universellen Gravitation.
  • Die Ruhemasse legt nach dem Einsteinschen Gesetz die Gesamtenergie des Körpers fest.

Das Äquivalenzprinzip von Einstein besagt, dass die träge Masse gleich der passiven schweren Masse sein muss, und das Gesetz der Impulserhaltung erfordert, dass die aktive und die passive schwere Masse gleich sind. Alles Experimentelle Beweise auf der dieser Moment zeigen, dass sie eigentlich immer gleich sind. Bei der Betrachtung hypothetischer Teilchen mit negativer Masse ist es wichtig zu erraten, welche dieser Massentheorien falsch ist. In den meisten Fällen wird jedoch bei der Analyse negativer Massen davon ausgegangen, dass das Äquivalenzprinzip und der Impulserhaltungssatz weiterhin gelten.

1957 schlug Herman Bondy in einem Artikel in Reviews of Modern Physics vor, dass die Masse entweder positiv oder negativ sein könnte. Er zeigte, dass dies nicht zu einem logischen Widerspruch führt, wenn alle drei Arten von Masse auch negativ sind, aber die bloße Annahme der Existenz negativer Masse verursacht nicht intuitive Bewegungsarten.

Aus Newtons zweitem Gesetz ist ersichtlich, dass ein Objekt mit einer negativen Trägheitsmasse in die entgegengesetzte Richtung beschleunigt, in die es geschoben wurde, was seltsam erscheinen mag.

... Elektronen rein Halbleiterkristall eine negative Masse annehmen, wenn sie durch ein starkes elektrisches Feld beschleunigt werden ...

2010 berichteten Physiker des Max-Born-Instituts (Berlin), dass Elektronen in einem Halbleiterkristall negative Masse annehmen, wenn sie durch ein starkes elektrisches Feld beschleunigt werden. Wenn das elektrische Feld klein ist, folgt die Bewegung eines Elektrons im Leitungsband im Kristall den Newtonschen Gesetzen. In diesem Modus ist die Masse eines kristallinen Elektrons ein kleiner Teil der Masse eines freien Elektrons.

Die Forscher zeigten, dass sich kristalline Elektronen bei extrem hohen Geschwindigkeiten ganz anders verhalten. Ihre Masse wird sogar negativ. In einer der Ausgaben der Zeitschrift Physical Review Letters berichteten sie, dass sie ein Elektron in sehr kurzer Zeit – 100 Femtosekunden – auf eine Geschwindigkeit von 4 Millionen km/h beschleunigten. Danach stoppte das Elektron und begann sich sogar rückwärts zu bewegen, in die entgegengesetzte Richtung Betriebskraft. Dies kann nur durch die negative träge Masse des Elektrons erklärt werden.

Somit kann im Inneren des Kristalls ein Elektron, je nach elektrisches Feld, weist die Eigenschaften auf:

  • Quasiteilchen mit positiver Masse, aber kleiner als Ruhemasse
  • Quasiteilchen mit negativer Trägheitsmasse.

In Experimenten wurden Elektronen in einem Galliumarsenid-Halbleiterkristall durch einen extrem kurzen elektrischen Impuls mit einer Feldstärke von 30 MV/m und einer Dauer von 300 Femtosekunden beschleunigt. Die Elektronengeschwindigkeit als Funktion der Zeit wurde mit hoher Genauigkeit gemessen. Die Ergebnisse stimmen mit den Berechnungen des Nobelpreisträgers Felix Bloch überein, die er vor mehr als 80 Jahren durchgeführt hat. Deutsche Wissenschaftler untersuchten die Bewegung von Elektronen im Halbleiter Galliumarsenid Zimmertemperatur. Sie legten einen elektrischen Feldpuls von 300 Femtosekunden und 30 Millionen Volt pro Meter an die Probe an. Durch die hochpräzise Messung der Reaktion von Elektronen stellten die Physiker fest, dass die ersten 100 Femtosekunden der Teilchen wie erwartet in die „richtige“ Richtung beschleunigten und eine Geschwindigkeit von 1111 Kilometern pro Sekunde erreichten. Aber dann verlangsamten sie sich über einen ähnlichen Zeitraum stark und begannen sogar, sich in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen, was nur als interpretiert werden kann negative Bedeutung Trägheitsmasse von Elektronen zu einem bestimmten Zeitpunkt.

Die Autoren des Experiments behaupten, dass die erhaltenen Ergebnisse mit den theoretischen Berechnungen des Schweizer Physikers übereinstimmen. Nobelpreisträger Felix Bloch vor über 80 Jahren. Wissenschaftler erklären den Effekt als Manifestation einer partiellen Bloch-Oszillation und der Entstehung einer neuen Art der Ladungsübertragung in einem Kristall - ihrem kohärenten Transport über ultrakurze Zeitintervalle. Das glauben Forscher dieses Phänomen kann in der Elektronik der neuen Generation verwendet werden, die im Bereich von Einheiten bis zu mehreren zehn Terahertz arbeitet.

Wenn wir darüber reden große Körper mit negativer Masse, dann scheint ihre bloße Existenz aus der Sicht unmöglich konventionelle Wissenschaft. negative Angelegenheit nur streuen können, während die Eigenschaft der gravitativen Abstoßung von Materieteilchen, welcher Art auch immer, zwangsläufig dazu führt, dass diese Teilchen unter dem Einfluss von Gravitationskräften nicht zusammenkommen können. Da sich ein Teilchen mit negativer Masse unter dem Einfluss einer Kraft in die Richtung bewegt, entgegengesetzter Vektor diese Kraft, dann können gewöhnliche interatomare Wechselwirkungen solche Teilchen nicht in "normale" Körper binden.

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Die Negativmasse wird aus 90 % Cadmiumoxid, 7–5 % Nickeloxidhydrat, 2–5 % Dieselöl hergestellt.


Die negative Masse von Alclum- und DEAC-Batterien besteht aus Cadmium und Eisen im Verhältnis Cd:Fe 4:1; Die Negativmasse der Firma Tudor besteht aus Cadmiumoxidhydrat mit Zusatz von 4,5 % Nickel und 3,5 % Graphit.

Der Begriff der negativen Masse entsteht, wenn man die Materie so darstellen will, dass sich das Elektron ständig im gleichen äußeren Feld bewegt; in diesem Fall bleibt nichts anderes übrig, als anzunehmen, dass die Verzögerung auf Drehzahl Null aufgrund der negativen Masse erfolgt. Natürlich sind die Kräfte in den Gittern, die diese Verzögerung verursachen, völlig real, aber nicht in Darstellungen. klassische Mechanik, sondern in den Konzepten der Wellenmechanik kristalliner Elektronen.

Teilchen negativer Masse im Allgemeinen würden sich aus Sicht unserer gewohnten makroskopischen Darstellungen sehr merkwürdig verhalten. Wenn ein solches Teilchen interagiert mit Umgebung, würde Reibungswiderstand erfahren, dann müsste es kontinuierlich beschleunigen und nicht wie ein gewöhnliches Teilchen langsamer werden. Und das alles liegt daran, dass negative Massen im Allgemeinen der üblichen klassischen Thermodynamik widersprechen.

Unter der Annahme von Teilchen mit negativer Masse glauben wir, dass physikalische Systeme beliebig groß sein können positive Energien, sowie beliebig kleine negative Energien, die durch nichts von unten begrenzt sind. Diese Eigenschaft von Systemen, die Minusteilchen enthalten, steht jedoch im Widerspruch zu einem der ursprünglichen Axiome der Thermodynamik – dem Postulat der Existenz eines thermodynamischen Gleichgewichtszustands. Dieser Gleichgewichtszustand ist jedoch nicht für jeden möglich. physikalische Systeme. Solche Systeme haben einen thermodynamischen Gleichgewichtszustand.

Die modifizierte negative Masseninstabilität wurde unabhängig in Experimenten an der DCX-II-Anlage entdeckt, wo sie, wie sich herausstellte, zu völlig unerwarteten, merkwürdigen Konsequenzen führt.

Um die Methode der negativen Massen zu veranschaulichen, bestimmen wir den Schwerpunkt einer runden homogenen Platte mit dem Radius R mit einem Ausschnitt in Form eines Kreises mit dem Radius - R (Abb. Da eine Platte mit einem Ausschnitt eine Symmetrieachse hat, sein Schwerpunkt liegt auf dieser Achse.

Die Eigenschaften eines Teilchens mit negativer Ruhemasse sind recht ungewöhnlich. So sind zum Beispiel bei m0r0 der Geschwindigkeitsvektor und der Impulsvektor des Teilchens immer entgegengesetzt gerichtet.

Nehmen wir an, dass Teilchen negativer Masse von Systemen gewöhnlicher Teilchen emittiert oder absorbiert werden können, ebenso wie beispielsweise Photonen oder n; - Mesonen. Die Emission eines Minus-Teilchens bedeutet jedoch eine Erhöhung der Energie und des Impulses des Systems A, genau so, wie es die Absorption eines Plus-Teilchens desselben bewirken würde (nach Absolutwert) Massen. Und ebenso ist die Absorption eines Minus-Teilchens durch System B äquivalent zur Emission eines Plus-Teilchens durch dieses System.

Am Beispiel von Teilchen mit negativer Masse haben wir jedoch bereits gesehen, dass es Objekte gibt, die mit herkömmlichen Instrumenten nicht erfasst werden können, aber mit grundlegend neuen Messgeräten erfasst werden können. Daher sollte die Möglichkeit der Existenz spezieller Messsysteme in Betracht gezogen werden, die Partikel mit imaginärer Masse registrieren können.

Bei der Herstellung von alkalischer Negativmasse und alkalischer Paste, die einen alkalischen Elektrolyten enthalten, sind alle Sicherheitsvorschriften für das Arbeiten mit Laugen zu beachten (siehe Kap.

Hypothetisches Wurmloch in der Raumzeit

Im Labor der University of Washington wurden Bedingungen für die Bildung eines Bose-Einstein-Kondensats in einem Volumen von weniger als 0,001 mm³ geschaffen. Die Partikel wurden von einem Laser abgebremst und warteten darauf, dass die energiereichsten von ihnen das Volumen verließen, was das Material weiter abkühlte. Zu diesem Zeitpunkt hatte das überkritische Fluid noch eine positive Masse. Wenn die Hermetik des Gefäßes verletzt würde, würden die Rubidiumatome hineinstreuen verschiedene Seiten, da die zentralen Atome die äußersten Atome nach außen drücken würden und diese in Richtung der Krafteinwirkung beschleunigen würden.

Um eine negative effektive Masse zu erzeugen, verwendeten Physiker einen anderen Satz von Lasern, die den Spin einiger Atome veränderten. Wie die Simulation vorhersagt, sollten die Partikel in einigen Bereichen des Behälters eine negative Masse annehmen. Deutlich wird dies am starken Anstieg der Materiedichte als Funktion der Zeit in den Simulationen (im unteren Diagramm).


Abbildung 1. Anisotrope Expansion eines Bose-Einstein-Kondensats mit verschiedene Koeffizienten Adhäsionskräfte. Echte Ergebnisse Experimente sind rot, Vorhersageergebnisse in der Simulation sind schwarz

Das untere Diagramm ist ein vergrößerter Ausschnitt des mittleren Rahmens in der unteren Reihe von Abbildung 1.

Das untere Diagramm zeigt eine 1D-Simulation der Gesamtdichte über der Zeit in dem Bereich, in dem die dynamische Instabilität zuerst auftrat. Gepunktete Linien trennen drei Atomgruppen mit Geschwindigkeiten beim Quasi-Impuls , wo die effektive Masse negativ zu werden beginnt (obere Linie). Dargestellt ist der Punkt der minimalen negativen effektiven Masse (Mitte) und der Punkt, zu dem die Masse zurückkehrt positive Werte(Endeffekt). Die roten Punkte markieren die Stellen, an denen der lokale Quasi-Impuls im Bereich der negativen effektiven Masse liegt.

Die allererste Reihe von Grafiken zeigt dies während Physikalisches Experiment Materie verhielt sich genau wie simuliert, was Teilchen mit einem negativen vorhersagt wirksame Masse.

In einem Bose-Einstein-Kondensat verhalten sich Teilchen wie Wellen und breiten sich daher in eine andere Richtung aus, als sich normale Teilchen mit positiver effektiver Masse ausbreiten sollten.

Fairerweise muss gesagt werden, dass Physiker wiederholt Ergebnisse während Experimenten aufgezeichnet haben, als sich die Eigenschaften von Materie mit negativer Masse manifestierten, aber diese Experimente konnten auf unterschiedliche Weise interpretiert werden. Jetzt ist die Ungewissheit weitgehend beseitigt.

Wissenschaftlicher Artikel veröffentlicht am 10. April 2017 in der Zeitschrift Briefe zur körperlichen Überprüfung(doi:10.1103/PhysRevLett.118.155301, im Abonnement erhältlich). Eine Kopie des Artikels vor dem Senden an die Zeitschrift wurde am 13. Dezember 2016 unter veröffentlicht den freien Zugang auf arXiv.org (arXiv:1612.04055).

Hypothetisches Wurmloch in der Raumzeit

Im Labor der University of Washington wurden Bedingungen für die Bildung eines Bose-Einstein-Kondensats in einem Volumen von weniger als 0,001 mm³ geschaffen. Die Partikel wurden von einem Laser abgebremst und warteten darauf, dass die energiereichsten von ihnen das Volumen verließen, was das Material weiter abkühlte. Zu diesem Zeitpunkt hatte das überkritische Fluid noch eine positive Masse. Bei einem Leck im Gefäß würden die Rubidiumatome in unterschiedliche Richtungen streuen, da die zentralen Atome die äußersten Atome nach außen drücken würden und diese in Richtung der Krafteinwirkung beschleunigen würden.

Um eine negative effektive Masse zu erzeugen, verwendeten Physiker einen anderen Satz von Lasern, die den Spin einiger Atome veränderten. Wie die Simulation vorhersagt, sollten die Partikel in einigen Bereichen des Behälters eine negative Masse annehmen. Deutlich wird dies am starken Anstieg der Materiedichte als Funktion der Zeit in den Simulationen (im unteren Diagramm).


Abbildung 1. Anisotrope Expansion eines Bose-Einstein-Kondensats mit unterschiedlichen Kohäsionskraftkoeffizienten. Die realen Ergebnisse des Experiments sind rot, die Ergebnisse der Vorhersage in der Simulation sind schwarz

Das untere Diagramm ist ein vergrößerter Ausschnitt des mittleren Rahmens in der unteren Reihe von Abbildung 1.

Das untere Diagramm zeigt eine 1D-Simulation der Gesamtdichte über der Zeit in dem Bereich, in dem die dynamische Instabilität zuerst auftrat. Gepunktete Linien trennen drei Atomgruppen mit Geschwindigkeiten beim Quasi-Impuls , wo die effektive Masse negativ zu werden beginnt (obere Linie). Der Punkt der minimalen negativen effektiven Masse wird angezeigt (Mitte) und der Punkt, an dem die Masse zu positiven Werten zurückkehrt (untere Linie). Die roten Punkte markieren die Stellen, an denen der lokale Quasi-Impuls im Bereich der negativen effektiven Masse liegt.

Die allererste Reihe von Diagrammen zeigt, dass sich die Materie während des Physikexperiments genau wie simuliert verhielt, was das Auftreten von Teilchen mit einer negativen effektiven Masse vorhersagt.

In einem Bose-Einstein-Kondensat verhalten sich Teilchen wie Wellen und breiten sich daher in eine andere Richtung aus, als sich normale Teilchen mit positiver effektiver Masse ausbreiten sollten.

Fairerweise muss gesagt werden, dass Physiker wiederholt Ergebnisse während Experimenten aufgezeichnet haben, als sich die Eigenschaften von Materie mit negativer Masse manifestierten, aber diese Experimente konnten auf unterschiedliche Weise interpretiert werden. Jetzt ist die Ungewissheit weitgehend beseitigt.

Wissenschaftlicher Artikel veröffentlicht am 10. April 2017 in der Zeitschrift Briefe zur körperlichen Überprüfung(doi:10.1103/PhysRevLett.118.155301, im Abonnement erhältlich). Eine Kopie des Artikels vor der Einreichung bei der Zeitschrift wurde am 13. Dezember 2016 öffentlich zugänglich auf arXiv.org (arXiv:1612.04055) gestellt.

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