اقتصاد دانش بنیان

ابداع مایعی با جرم منفی فیزیکدان‌ها را هیجان‌زده کرده است

فيزيکدانان دانشگاه ايالتي واشنگتن مايعي ابداع کردند که که جرم منفي دارد؛ دقيقا به همان معنايي که نوشته شده جرم منفي! اگر به آن نيرو وارد شود، بر خلاف تمام اشياي اين دنيا، در جهت نيرو سرعت نمي‌گيرد، بلکه برخلاف آن حرکت مي‌کند.

به گفته دکتر مايکل فوربز، استاديار فيزيک و ستاره‌شناسي دانشگاه واشنگتن، اين پديده در جهان هستي نادر است. نتايج اين مطالعه در مجله Physical Review Letters  به چاپ رسيده است. از لحاظ تئوري، جرم هم مي‌تواند منفي باشد، درست مانند بار الکتريکي که به صورت مثبت يا منفي در نظر گرفته مي‌شود. اغلب افراد به صورت روزانه تنها بخش مثبت جرم را مي‌بينند؛ چيزي که به قانون دوم نيوتن مشهور است (نيرو با جرم يک جسم در شتاب آن برابر است F=m.a) به بيان ديگر اگر به شيئي نيرو وارد شود، در جهت نيرو سرعت مي‌گيرد يا جرم در جهت نيرو داراي سرعت مي‌شود. دکتر فوربز توضيح مي‌دهد که اين در مورد بيشتر چيزهايي که روزانه مي‌بينيم يا با آن‌ها سر و کار داريم، درست است اما در مورد جرم منفي، اين قانون دقيقا برعکس عمل مي‌کند، به اين معنا که اگر به چيزي با جرم منفي نيرو وارد شود، معکوس جهت نيرو سرعت مي‌گيرد.

شرايط جرم منفي

دکتر فوربز و همکارانش شرايط را براي ايجاد جرم منفي در آزمايشگاه پديد آوردند، به اين ترتيب که اتم‌هاي راديوم را تا تقريبا صفر مطلق سرد کردند. شرايطي که به
Bose-Einstein Condensate معروف است.

در اين حالت به پيش‌بيني اين دو دانشمند سرشناس علم فيزيک، يعني بوز و اينشتين، ذرات بسيار کند حرکت مي‌کنند و از قوانين و مکانيسم‌هاي مکانيک کوانتوم پيروي مي‌کنند و مثل امواج رفتار مي‌کنند. همچنين در حالت ابرسيال به صورت Unison حرکت مي‌کنند، به بيان ديگر بدون از دست دادن انرژي. اين پروژه به مديريت دکتر پيتر انگل، استاد فيزيک دانشگاه ايالتي واشنگتن، صورت گرفت. در طي انجام تحقيقات به کمک ليزر ذرات کند شدند که باعث شد آن‌ها خنک‌تر شوند و ذرات پرانرژي مانند بخار متصاعد کنند و ماده باز هم خنک‌تر شود. ليزرهاي به کار رفته، اتم‌ها را در ضخامتي کمتر از 100 ميکرون به صورت حبس شده به دام مي‌انداخت. در اين نقطه ابرسيال روبيديوم جرم معمول دارد. با تخريب ساختار اتمي محبوس‌، ذرات روبيديوم به سمت بيرون مي‌گريزند. براي ايجاد جرم منفي، محققان از دسته دوم ليزرها استفاده کردند که اتم‌ها را به جلو و عقب هل مي‌داد و جهت چرخش آن‌ها را عوض مي‌کرد. در اين حالت روبيديوم اگر با سرعت بالا به اندازه کافي به سمت بيرون حرکت کند، به گونه‌اي رفتار مي‌کند که از اشياي داراي جرم منفي انتظار مي‌رود. دکتر فوربز شرح مي‌دهد زماني که به آن‌ها نيرو وارد مي‌شود، برعکس سرعت مي‌گيرند؛ درست مانند برخورد روبيديوم به يک ديوار نامرئي.

چالش‌هاي تکنيکي

اين تکنيک که توسط محققان دانشگاه واشنگتن به کار گرفته شد، بر چالش‌هايي که در مطالعات قبلي وجود داشت و سبب عدم دسترسي نهايي به توليد جرم منفي مي‌شد، فائق آمد. دکتر فوربز مي‌گويد: «نکته اول کنترل بسيار دقيق ما بر ماهيت و طبيعت وزن منفي بود که بدون هيچ مشکلي صورت گرفت. اين کنترل بالاتر و دقيق‌تر به پژوهشگران امکان داد تا به وسيله‌اي جديد براي مهندسي آزمايش‌هاي مشابه در فيزيک و اخترشناسي دسترسي يابند، مانند ستاره‌هاي نوتروني و تحقيقات درباره سياهچاله‌ها و انرژي تاريک.» در اين زمينه پژوهش‌ها تقريبا ناممکن هستند و به اين ترتيب شرايط براي مطالعه پديده‌هاي پايه‌اي، اما غيرعادي مانند موارد بالا فراهم مي‌آيد. 

منبع: مجله دانش بنیان