Anonim

Negative massepartikler, smedet i ny laseranordning

Fysik

Michael Irving

8. januar 2018

En illustration af en enhed, der kan skabe partikler med negativ masse takket være et atomtyndt halvledermateriale, der er placeret inde i laserens optiske mikrokavitet (Kredit: Michael Osadciw / University of Rochester)

I vores hverdagserfaring, hvis du skubber noget, bevæger den sig væk fra dig. Men genstande med negativ masse ville slå det grundlæggende princip på hovedet og accelerere i stedet for dig. Det lyder som science fiction, men ideen er teoretisk mulig, og dens virkninger er blevet observeret i nyere eksperimenter. Nu har forskere fra University of Rochester udviklet en enhed, der kan skabe partikler, der udviser negativ masse.

Newtons anden lov om bevægelse siger, at kraften på et objekt er lig med dens inertiemasse multipliceret med dens acceleration (F = ma). Normalt er alle disse værdier positive: Anvendelse af positiv kraft på et objekt med positiv masse vil resultere i positiv acceleration og skubbe genstanden fremad. Men hvis et objekt har negativ masse, bliver kraften også negativ, hvilket betyder, at objektet vil bevæge sig i modsat retning - i det væsentlige at trykke sig selv mod din hånd, hvis du forsøger at skubbe den.

I det mindste er det ideen. Negativ masse er for det meste kun blevet demonstreret i teoretiske analyser, selv om et forsøg i sidste år manipulerede rubidiumatomer med lasere for at skabe en væske, der virkede som den havde negativ inertiemasse. Nu siger University of Rochester-forskerne, at de har udviklet en enhed, der kan skabe partikler, der udviser negativ masse, ved at kombinere fotoner fra laserlys og excitoner i en halvleder.

Enheden er baseret på en laser, med en kerneforskel. Normalt springes der mellem et par spejle mod hinanden, og rummet hvor dette lys er begrænset kaldes det optiske hulrum eller mikrokaviteten. I dette apparats optiske mikrokavitet anbragte holdet en atomtynd halvleder fremstillet af molybdæn diselenid, hvor det kunne interagere med det begrænsede lys. Excitoner i halvlederen kombineret med fotoner i det begrænsede laserlys for at danne nye partikler kaldet polaritoner, som har negativ masse.

"Ved at forårsage en exciton at opgive noget af sin identitet med en foton for at oprette en polariton, ender vi med et objekt, der har en negativ masse forbundet med det, " siger nick vamivakas, hovedforfatter af en undersøgelse, der beskriver enheden . "Det er en slags bøjende ting at tænke på, fordi hvis du forsøger at skubbe eller trække det, vil det gå i modsat retning fra, hvad din intuition ville fortælle dig. "

Forskerne arbejder stadig for at undersøge fysikken af ​​negative massepartikler i enheden, og selvom praktiske anvendelser stadig er langt væk, kan en af ​​de første forbedringer være mere effektive lasere.

"Vi drømmer om måder at anvende skubber og trækker - måske ved at anvende et elektrisk felt på tværs af enheden - og derefter studere, hvordan disse polaritoner bevæger sig rundt i enheden under anvendelse af ekstern kraft, " siger Vamivakas. "Men det viser sig også, at den enhed, vi har oprettet, udgør en måde at generere laserlys med en inkrementalt lille mængde strøm. Med polaritonerne, som vi har oprettet med denne enhed, er recepten for at få en laser til at fungere helt anderledes. Systemet starter lasing ved en meget lavere energiindgang. "

Forskningen blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Optics .

Kilde: University of Rochester

En illustration af en enhed, der kan skabe partikler med negativ masse takket være et atomtyndt halvledermateriale, der er placeret inde i laserens optiske mikrokavitet (Kredit: Michael Osadciw / University of Rochester)

Anbefalet Redaktørens Valg