Físicos criam “massa negativa”

Cientistas desaceleraram átomos de rubídio a temperaturas pouco acima do zero absoluto para criar massa negativa que desafia os conceitos convencionais da Mecânica.

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Expansão dos átomos de rubídio em 1D.

Por Eric Sorensen
Publicado na Phys

Físicos da Universidade Estadual de Washington (Washington State University, WSU em sigla) criaram fluído com massa negativa, e é exatamente como soa. Além disso, e diferentemente de qualquer corpo físico no mundo que conhecemos, esse corpo com massa negativa não acelera na direção em que foi empurrado, ele acelera em sentido contrário, ou seja, para trás.

O fenômeno é raramente criado em laboratório e pode ser usado para explorar alguns dos conceitos mais desafiadores do cosmos, afirma Michael Forbes, professor assistente, físico e astrônomo na WSU e professor assistente afiliado à Universidade de Washington. Essa pesquisa aparece no jornal Physical Review Letters, onde está em destaque na “Sugestão do Editor”.

Hipoteticamente, matéria pode ter massa negativa no mesmo sentido em que cargas elétricas podem ser tanto positivas como negativas. As pessoas em geral raramente pensam nesses termos, e o mundo nosso de cada dia apenas vê os aspectos positivos da Segunda Lei do Movimento de Newton, no qual a força é igual ao produto da massa do objeto pela aceleração do mesmo, ou F=m.a. Em outras palavras, se você empurrar um corpo, ele acelerará na direção que você o empurrar, a massa irá acelerar na direção da força.

“Isso é o que a maioria das coisas com as quais estamos acostumados fazem”, diz Forbes, insinuando a bizarrice que está por vir. “Com massa negativa, se você empurrar algo, irá acelerar em sua direção”.

Condições para massa negativa

Michael Forbes e seus colegas criaram as condições para massa negativa conduzindo átomos de Rubídio a apenas um pouco acima do zero absoluto, criando o que se conhece como condensado Bose-Einstein. Nesse estado, previsto por Satuendro Nath Bose e Albert Einstein, partículas se movem extremamente devagar e, segundo os princípios da Mecânica Quântica, acabam se comportando como ondas. As partículas também entram em sincronia e se movem em uníssono, no que é conhecido como superfluido, o qual flui sem perdas de energia.

Pesquisadores do Webster Hall liderados por Peter Engels, professor de Física e Astronomia na WSU, criaram tais condições utilizando lasers para desacelerar as partículas, tornando-as mais frias e possibilitando as partículas restantes, altamente energéticas e quentes, escaparem como vapor, resfriando o material mais distante.

Os lasers aprisionam os átomos como se eles estivessem em uma “tigela” medindo menos de 100 mícrons (ou 100 milésimos de milímetro). Nesse ponto, o superfluido de rubídio tem massa normal. “Quebrar a tigela” permitirá o rubídio das regiões exteriores a acelerar, enquanto as partículas do mesmo elemento no centro, são empurradas para fora.

Para criar massa negativa, os pesquisadores aplicam um segundo conjunto de lasers que impulsiona os átomos para trás. Agora, quando o Rubídio se esvai para fora rápido o suficiente, se comporta como se tivesse massa negativa. “Uma vez empurrado, o corpo acelera para trás” declara Forbes, que atua como um teórico no experimento, analisando o sistema. Até parece que o rubídio vai de encontro com uma parede invisível”.

Evitando defeitos subsequentes

A técnica usada pelos pesquisadores da WSU procurou evitar alguns defeitos básicos encontrados em tentativas anteriores de entender massa negativa e suas propriedades.

“O essencial é o delicado controle que devemos ter para com a natureza dessa massa negativa, e demais complicações”, diz Forbes. Sua pesquisa esclareceu comportamentos similares vistos em outros sistemas. Esse maior controle dá aos pesquisadores uma nova ferramenta para experimentos de engenharia estudarem física de maneira análoga à astrofísica, conseguindo simular sistemas como Estrelas de Nêutrons e fenômenos cósmicos como Buracos Negros, Energia Escura, entre outros, onde experimentos são impossíveis. “Isso nos abre novas possibilidades de ambientes para estudar fenômenos fundamentais muito peculiares”, disse Forbes.

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