Les physiciens de l'Université de l'État de Washington ont créé un fluide de masse négative, qui est exactement ce que cela ressemble. Poussez-le, et contrairement à tous les objets physiques du monde que nous connaissons, il n'accélère pas dans la direction où il a été poussé. Il accélère vers l'arrière.

Le phénomène est rarement créé dans des conditions de laboratoire et peut être utilisé pour explorer certains des concepts les plus difficiles du cosmos, dit Michael Forbes, un professeur assistant WSU de physique et d'astronomie et un professeur assistant affilié à l'Université de Washington. La recherche paraît aujourd'hui dans la revue Lettres d'examen physique , où il est présenté comme une « suggestion de l'éditeur ».

Hypothétiquement, la matière peut avoir une masse négative dans le même sens qu'une charge électrique peut être négative ou positive. Les gens pensent rarement en ces termes, et notre monde de tous les jours ne voit que les aspects positifs de la deuxième loi du mouvement d'Isaac Newton, dans laquelle une force est égale à la masse d'un objet multipliée par son accélération, ou F=ma.En d'autres termes, si vous poussez un objet, il accélérera dans la direction où vous le poussez. La masse va accélérer dans la direction de la force.

"C'est ce que la plupart des choses que nous avons l'habitude de faire, " dit Forbes, faisant allusion à la bizarrerie à venir. "Avec masse négative, si tu pousses quelque chose, il accélère vers vous."

Conditions pour une masse négative

Lui et ses collègues ont créé les conditions d'une masse négative en refroidissant les atomes de rubidium à un cheveu au-dessus du zéro absolu, créant ce qu'on appelle un condensat de Bose-Einstein. Dans cet état, prédit par Satyendra Nath Bose et Albert Einstein, les particules se déplacent extrêmement lentement et, suivant les principes de la mécanique quantique, se comportent comme des vagues. Ils se synchronisent et se déplacent également à l'unisson comme ce qu'on appelle un superfluide, qui coule sans perdre d'énergie.

Dirigé par Peter Engels, professeur WSU de physique et d'astronomie, les chercheurs du sixième étage de Webster Hall ont créé ces conditions en utilisant des lasers pour ralentir les particules, les rendant plus froids, et laisser chaud, particules de haute énergie pour s'échapper comme de la vapeur, en refroidissant davantage le matériau.

Les lasers ont piégé les atomes comme s'ils étaient dans un bol mesurant moins de cent microns de diamètre. À ce point, le rubidium superfluide a une masse régulière. Casser le bol permettra au rubidium de s'échapper, en expansion à mesure que le rubidium au centre pousse vers l'extérieur.

Pour créer une masse négative, les chercheurs ont appliqué un deuxième ensemble de lasers qui ont poussé les atomes d'avant en arrière et ont changé la façon dont ils tournent. Maintenant, quand le rubidium se précipite assez vite, si se comporte comme s'il avait une masse négative." Une fois que vous poussez, il accélère en arrière, " dit Forbes, qui a agi comme un théoricien analysant le système. "On dirait que le rubidium frappe un mur invisible."

Éviter les défauts sous-jacents

La technique utilisée par les chercheurs du WSU évite certains des défauts sous-jacents rencontrés lors des précédentes tentatives pour comprendre la masse négative.

"Ce qui est une première ici, c'est le contrôle exquis que nous avons sur la nature de cette masse négative, sans aucune autre complication ", a déclaré Forbes. Leur recherche clarifie, en termes de masse négative, comportement similaire observé dans d'autres systèmes. Ce contrôle accru donne aux chercheurs un nouvel outil pour concevoir des expériences afin d'étudier la physique analogue en astrophysique, comme les étoiles à neutrons, et des phénomènes cosmologiques comme les trous noirs et l'énergie noire, où les expériences sont impossibles. "Il fournit un autre environnement pour étudier un phénomène fondamental qui est très particulier, ", a déclaré Forbes.