Yhdysvaltalaisen Rochesterin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uuden laitteen, joilla pystyy luomaan hiukkasia, joilla on ”negatiivinen massa”.

Negatiivinen massa on käsite, jota voi olla hieman vaikea ymmärtää. Käytännössä sillä viitataan siihen, että kun kohdistetaan voimaa esineeseen, jolla on ”normaali” positiivinen massa, tuo voima työntää esinettä poispäin.

Hiukkaset, joilla on negatiivinen massa, käyttäytyvät päinvastoin: ne liikkuvat tuota voimaa kohti.

Rochesterin yliopiston tutkijat ovat nyt kehittäneet uudenlaisen laitteen, jonka avulla on mahdollista luoda tällaisia hiukkasia.

Löytö yksinäänkin olisi ”kiintoisa ja jännittävä fysiikan näkökulmasta”, sanoo yliopiston apulaisprofessori Nick Vamivakas tiedotteessa.

”Me olemme samalla myös onnistuneet luomaan laitteen, joka pystyy synnyttämään laservaloa hyvin pienellä määrällä virtaa.”

Laitetta on kuvattu tarkemmin Nature Physics -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa. Laite koostuu kahdesta peilistä, jotka muodostavat optisen mikro-ontelon, joka vangitsee valoa  spektrin eri väreissä riippuen siitä, miten peilit on sijoitettu.

Tuohon onteloon sijoitettiin puolijohde niin, että siinä olleet exciton-nimiset hiukkaset yhdistyivät valon fotonien kanssa ja muodostivat niin sanottuja polaritoneja.

”Saamalla excitonin luovuttamaan osan identieetistään fotonille polaritonin luomiseksi me synnytimme objektin, johon liittyy negatiivinen massa”, Vamivakas sanoo.

”Se on melko tajuntaa laajentava asia ajatella, koska jos sitä yrittää vetää tai työntää, se menee päinvastaiseen suuntaan kuin mitä intuitiosi sanoisi.”

Vamivakas sanoo, että tämä on ensimmäinen laite, jonka avulla on mahdollista tuottaa hiukkasia, joilla on negatiivinen massa.

Keksinnön käytännön sovellukset ovat vielä hakusessa, Vamivakas sanoo. Keksintö kuitenkin tarjoaa mahdollisuuksia esimerkiksi kehittää uudenlaisia lasereita, jotka vaativat paljon nykyistä vähemmän virtaa.

Viime keväänä julkaistiin hieman samanhenkinen tutkimus, jossa luotiin nestettä, jolla on negatiivinen massa.

Washington State Universityn tutkijat sanoivat tuolloin, että he ovat uudessa tutkimuksessaan onnistuneet ensimmäistä kertaa luomaan hyvin alhaiseen lämpötilaan jäähdytetyistä atomeista nestettä, joka käyttäytyy niin kuin sen massa olisi negatiivinen.

Tutkijaryhmä käytti laseria jäähdyttääkseen rubidiumatomeita hiukan absoluuttista nollapistettä korkeampaan lämpötilaaan, missä hiukkaset liikkuvat erittäin hitaasti ja noudattavat kvanttimekaniikan lakeja klassisen fysiikan sijasta. Hiukkaset käyttäytyvät aaltojen tavoin, ja niiden sijaintia ei voi määrittää tarkasti. Myöskään kitka ei vaikuta tällaiseen nesteeseen.

Tutkijaryhmä laittoi nesteen mikroskooppisen pienelle alustalle, missä se käyttäytyi normaalisti ja sillä oli positiivinen massa.

Sitten ryhmä kuitenkin pakotti toisella laserilla nestettä pakenemaan kulhosta ampumalla atomeita niin, että niiden pyörimissuunta vaihtui. Tällöin rubidium syöksyi kulhosta pois niin, että se käyttäytyi niin kuin sen massa olisi ollut negatiivinen.