Nous avons tous appris en auto-école que la distance de freinage augmente quadratiquement avec la vitesse, autre conséquence de la formule de Newton :l'énergie motrice d'une voiture augmente avec le carré de la vitesse v, E=1/2*m*v^2. Si la masse m était négative, cependant, l'énergie d'une particule telle qu'un électron diminuerait avec l'augmentation de la vitesse — la « distance de freinage » diminue !

Lorsqu'un électron se déplace à travers un matériau, il entre fréquemment en collision avec d'autres électrons et noyaux. Comme pour conduire une voiture, de telles collisions entraînent un ralentissement du mouvement en cas de masse positive. Un électron de masse négative, d'autre part, perd aussi de l'énergie, mais s'en trouve accéléré. Les chercheurs ont maintenant pu observer précisément cet effet pour la première fois.

Les scientifiques de Ratisbonne ont utilisé un nouveau type de matériau semi-conducteur, une seule feuille d'épaisseur atomique du cristal diséléniure de tungstène. Lorsque le matériau est irradié avec un laser, il se met à briller :un électron absorbe l'énergie du laser et l'émet à nouveau dans la couleur caractéristique du matériau, rouge. Cette couleur correspond à l'énergie fondamentale d'un électron dans le semi-conducteur. Tout comme l'eau coule toujours en descendant, on s'attendrait à ce que les électrons avec une énergie plus élevée tendent toujours vers cette énergie fondamentale la plus basse. Le semi-conducteur doit toujours briller en rouge.

Cependant, l'équipe a observé un effet étonnant. Lorsqu'il est irradié avec un laser rouge, les électrons émettent non seulement de la lumière rouge, comme prévu, mais montrent également une faible lueur bleue. La lumière rouge de faible énergie est donc convertie en lumière bleue d'énergie plus élevée, un effet extraordinaire. En examinant de près la répartition des couleurs et la luminosité de cette lumière bleue, c'est-à-dire le spectre optique, on peut conclure que la lueur bleue provient d'électrons de masse négative. Cette découverte expérimentale inattendue pourrait être étayée par des calculs de mécanique quantique détaillés de la structure électronique, qui ont été réalisées sous cette forme pour la première fois.

Maintenant, la découverte peut encore sembler plus une bizarrerie scientifique, mais les scientifiques ont déjà en tête un certain nombre d'applications possibles. Par exemple, le concept peut aider au développement d'ordinateurs ultrarapides, où les électrons se déplacent presque sans résistance. Le passage de la masse positive à la masse négative crée également des soi-disant singularités. De telles singularités – bien connues pour essayer de diviser quelque chose par zéro sur une calculatrice – ne sont pas tout à fait différentes des trous noirs de la cosmologie.

Finalement, en raison du fait que les électrons dans le semi-conducteur peuvent apparemment prendre des états d'énergie discrets, comme dans un atome, il devrait être possible de transférer des concepts d'optique quantique atomique directement au semi-conducteur. Cela pourrait être utilisé, par exemple, développer de nouveaux composants électroniques qui convertissent la longueur d'onde de la lumière, stocker voire amplifier la lumière, ou fonctionnent comme des commutateurs optiques.