Os físicos da Universidade Estadual de Washington criaram um fluido com massa negativa, que é exatamente o que o nome diz. Se você o empurrar, ao contrário do que acontece com os objetos físicos no mundo que conhecemos, ele não se acelera na direção em que foi empurrado. Ele acelera para trás.
O fenômeno raramente consegue ser criado em condições de laboratório e pode ser usado para explorar alguns dos conceitos mais desafiadores do cosmos, disse Michael Forbes, professor assistente de física e astronomia da WSU e professor assistente da Universidade de Washington. A pesquisa foi divulgada na última segunda-feira (17) na revista Physical Review Letters, onde foi apresentada como uma “Sugestão do Editor”.
Hipoteticamente, a matéria pode ter massa negativa no mesmo sentido em que uma carga elétrica pode ser negativa ou positiva. As pessoas raramente pensam nesses termos, e no nosso mundo cotidiano nós vemos apenas os aspectos positivos da Segunda Lei do Movimento de Isaac Newton, em que uma força é igual à massa de um objeto vezes sua aceleração, ou F = ma.
Em outras palavras, se você empurrar um objeto, ele irá acelerar na direção que você o está empurrando. A massa irá acelerar sempre na direção da força. “Isso é o que a maioria das coisas que estamos acostumados costumam fazer”, disse Forbes, insinuando a situação bizarra que está por vir. “Com massa negativa, se você empurrar algo, ele acelera em direção a você”.
Condições para massa negativa
Ele e seus colegas criaram as condições para a massa negativa, esfriando átomos de rubídio a apenas uma fração mínima acima do zero absoluto, criando o que é conhecido como um condensado de Bose-Einstein. Nesse estado, predito por Satyendra Nath Bose e Albert Einstein, as partículas se movem muito lentamente e, seguindo os princípios da mecânica quântica, se comportam como ondas.
Elas também se sincronizam e se movem em conjunto, o que é conhecido como um superfluido, que flui sem perder energia.
Os pesquisadores do sexto andar do Webster Hall, liderados por Peter Engels, professor de física e astronomia da WSU, criaram essas condições usando laseres para retardar as partículas, tornando-as mais frias e permitindo que as partículas quentes de alta energia escapassem como vapor, resfriando o material mais distante.
Os laseres prenderam os átomos como se estivessem em uma bacia que medisse menos de cem microns, transversalmente. Neste ponto, o superfluido de rubídio tem massa regular. Quebrar a bacia permite que o rubídio vá rapidamente para fora, expandindo-se enquanto o rubídio no centro o empurra.
Para criar massa negativa, os pesquisadores aplicaram um segundo conjunto de laseres que empurrou os átomos de um lado para outro e mudou a maneira como eles giram. Agora, quando o rubídio corre para fora rápido o suficiente, ele se comporta como se tivesse massa negativa. “Uma vez que você empurra, ele acelera para trás”, disse Forbes, que atuou como um teórico analisando o sistema. “Parece que o rubídio atinge uma parede invisível”.
Evitar defeitos subjacentes
A técnica utilizada pelos pesquisadores da WSU evita alguns dos defeitos subjacentes encontrados em tentativas anteriores de compreender a massa negativa. “O que é uma novidade aqui é o controle requintado que temos sobre a natureza desta massa negativa, sem qualquer outra complicação”, afirmou Forbes.
Sua pesquisa esclarece, em termos de massa negativa, o comportamento semelhante observado em outros sistemas. Este controle aumentado oferece aos pesquisadores uma nova ferramenta para estudar a física análoga na astrofísica, como estrelas de nêutrons e fenômenos cosmológicos como buracos negros e energia escura, onde os experimentos são impossíveis. “Isto nos fornece outro ambiente para estudar um fenômeno fundamental que é muito peculiar”, concluiu Forbes.
