LHS, sencillo, Relación de "masa positiva":la masa del balón se mantiene estable independientemente de la patada. RHS, Masa "dependiente de la patada", La masa de la pelota depende de la fuerza de la patada. Crédito:FLOTA
Un estudio FLEET dirigido por David Colas de la Universidad de Queensland aclara estudios recientes de masa negativa, investigando el extraño fenómeno de la autointerferencia.
Cuando pensamos en 'masa, "Por lo general, consideramos la masa 'inercial':la resistencia de un cuerpo a la aceleración debido a una fuerza aplicada.
Para un objeto en movimiento, su masa es entonces una relación simple entre la cantidad de movimiento que se le aplica, y la velocidad que adquiere.
Sin embargo, en algunas situaciones, esta relación no es simplemente proporcional y puede depender del impulso aplicado al objeto. Los físicos luego hablan de masa efectiva, que incluso puede ser negativo.
En tal caso, un objeto se movería de una manera completamente no intuitiva cuando actuara sobre él una fuerza.
"Imagina un balón de fútbol, le das un primer puntapié para acercarte a la portería, luego le das una patada extra para anotar, pero en lugar de acelerar, ¡la pelota se ralentiza! Estás un poco perplejo entonces decides patear la pelota aún más fuerte, y ahora se mueve hacia tu pie y no lejos de él, "explica el autor principal del estudio de UQ, Dr. David Colas.
Las masas negativas se pueden lograr experimentalmente a nivel de partículas en varios sistemas, por ejemplo, usando agujeros dentro de semiconductores, al acoplar la luz a la materia en microcavidades creando "excitón-polaritón, "o en gases atómicos ultrafríos atómicos en forma de condensados de Bose-Einstein (BEC).
"Efectos de masa negativa en condensados de Bose-Einstein acoplados en órbita giratoria" se publicó en Cartas de revisión de física en julio.
Se ilustra el principio de autointerferencia. La función de onda representa la probabilidad de encontrar las partículas en una posición determinada. A medida que el gas se expande, aparecen franjas en la densidad, debido al efecto de autointerferencia. Crédito:FLOTA
La investigación teórica de la UQ se amplió a un estudio anterior en la Universidad Estatal de Washington que demuestra un efecto de masa negativo en la expansión de un BEC atómico, ilustrando muy bien la versatilidad y la gran capacidad de sintonización de esta plataforma.
En su estudio, los investigadores de la UQ han aclarado los efectos asociados a los diferentes tipos de masa negativa e identificado el llamativo "efecto de autointerferencia" en el condensado atómico, que se había predicho originalmente para excitones-polaritones.
Esto crea una imagen completa del "efecto de autointerferencia" observado en el experimento WSU, pero también muestra cómo las interacciones pueden ayudar y activar el mecanismo actual.
El experimento de doble rendija de 1801 de Thomas Young que demuestra la interferencia de ondas de materia fue una de las primeras observaciones de un efecto cuántico. Las partículas individuales que se envían a una pantalla con dos rendijas muestran interferencias a medida que la atraviesan, exactamente como las olas. Con un gas atómico ultrafrío, se puede crear el mismo tipo de interferencia solo con las partículas, sin necesidad de pantalla y rendijas, simplemente afectando su masa efectiva.
"Para continuar con la analogía del balón de fútbol, imagina que si lo pateas demasiado fuerte, lo apretarás un poco contra tu pie. Cuando la pelota sale de tu bota se vuelve a expandir y ves que la parte delantera de la bola eventualmente viajará más lento que su parte inferior. Entonces, la pelota interfiere consigo misma ", continúa el Dr. David Colas.
El WUS informó que el efecto de masa negativo puede detener la expansión libre de un BEC y dar lugar a franjas en la densidad. El estudio de UQ mostró que esto fue causado por la autointerferencia del paquete de ondas, que surgen cuando ciertos parámetros de masa que caracterizan el sistema se vuelven negativos.
Los efectos de masa negativos pueden aparecer de diferentes formas, como la autointerferencia. Pero uno de los más llamativos es la propagación hacia atrás de un impulso positivo:el hipotético balón de fútbol que acelera hacia la bota del pateador, no lejos de ella.
Los investigadores de la UQ muestran que este fascinante régimen sería más alcanzable en BEC atómicas, que con exciton-polaritons, abriendo el camino a nuevas e interesantes vías de investigación.
La aclaración del tipo de masa responsable de cada fenómeno observado evitará interpretaciones erróneas comunes sobre la masa negativa. Esta aclaración ayudará a que la investigación de masas negativas vuelva a encarrilarse.
