Crean por primera vez materia con masa negativa

Investigadores norteamericanos han conseguido crear un fluido que posee una masa negativa. Un fluido con masa negativa es aquel que cuando es empujado en una dirección, acelera en la dirección opuesta a la del impulso.

La segunda Ley de Newton establece que la aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa.

Es decir, que si empujamos un vaso que está encima de la mesa, el vaso se desplaza en la misma dirección de la presión que hemos ejercido. Pero si modificáramos la segunda ley de Newton, considerando que la masa del objeto es negativa, el vaso podría desplazarse en dirección contraria al impulso que hemos realizado.

Aunque resulta extraño, no es imposible, ya que existen pruebas de que la masa negativa podría existir en el universo, sin que eso suponga una violación de la teoría de la relatividad general. Incluso algunos físicos consideran que la masa negativa podría estar relacionada con la energía oscura, los agujeros negros y las estrellas de neutrones.

Desde entonces, los físicos no han cesado de intentar recrear masa negativa en laboratorio, y ahora finalmente lo han conseguido. Según explican en un comunicado de la Universidad de Washington, han obtenido un fluido de átomos muy fríos que actúan como si tuvieran masa negativa.

Los investigadores sugieren incluso que este fluido permitirá estudiar algunas condiciones que se producen en el universo que todavía no son bien conocidas. Según Michael Forbes, uno de los miembros del equipo, “la primera buena noticia es que tenemos el control sobre la naturaleza de esta masa negativa”.

Procedimiento

Para crear este extraño fluido, los investigadores han utilizado láseres para enfriar átomos de rubidio a una fracción de grado del cero absoluto. De esta forma han creado un condensado de Bose-Einstein.

En física, el condensado de Bose-Einstein es el estado de la materia que se da en ciertos materiales a temperaturas cercanas al cero absoluto. La propiedad que lo caracteriza es que una cantidad macroscópica de las partículas del material pasan al nivel de mínima energía, denominado estado fundamental.

En este estado, las partículas se desplazan a una velocidad increíblemente lenta y siguen los principios de la mecánica cuántica, más que de la física clásica, ya que empiezan a comportarse como ondas, en vez de partículas, y ocupan una posición en el espacio que no puede ser determinada con precisión.

En ese estado, se comportan como un superfluido, un estado de la materia caracterizado por la ausencia total de viscosidad, de manera que, en un circuito cerrado, las partículas fluyen interminablemente, sin perder su energía incluso en caso de fricción.

Cerca del cero absoluto

Usando láseres, los científicos de la Universidad de Washington han podido conservar el superfluido de átomos de rubidio a una temperatura cercana al cero absoluto y en un recipiente cerrado de 100 micrómetros de diámetro. Mientras está dentro de este recinto, el superfluido conserva su masa y se comporta según la física clásica.

Pero si, usando láseres complementarios, los átomos de rubidio son excitados, se mueven hacia adelante y hacia atrás para cambiar su rotación y poder escapar del espacio cerrado. Una vez fuera, se comportan como si tuvieran masa negativa.
“Cuando los empujas, se aceleran en la dirección contraria. Es como si el rubidio topara con un muro invisible”, explica Forbes.

Los investigadores aseguran que el líquido con carga negativa se corresponde y confirma lo que otros equipos han podido constatar en diferentes investigaciones previas.

Referencia

Negative-Mass Hydrodynamics in a Spin-Orbit–Coupled Bose-Einstein Condensate. Phys. Rev. Lett. 118, 155301. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.155301