Ecco il dispositivo che crea una “massa negativa”

Massa negativa
(Credits immagine: Michael Osadciw/University of Rochester)
Massa negativa
(Credits immagine: Michael Osadciw/University of Rochester)

Sono delle particelle stranissime. Si chiamano polaritoni, e sono per metà luce e per metà materia. Stando ai fisici dell’Institute of Optics alla University of Rochester, che sono appena riusciti a crearli in laboratorio, potranno essere utili per costruire laser di nuova generazione, in grado di funzionare con energie molto minori rispetto a quelle necessarie per il funzionamento di quelli attuali. Ma c’è di più: i polaritoni si comportano in laboratorio come se avessero massa negativa. Ovvero, per la precisione, accelerano in direzione opposta rispetto a quella della forza che gli si imprime. La seconda legge di Newton postula che la massa sia il rapporto tra forza e accelerazione, e il fatto che queste abbiano direzioni opposte implica, dal punto di vista matematico, che la massa abbia un segno negativo. Il lavoro dei fisici è stato pubblicato sulle pagine della rivista Nature Physics.

Creare i polaritoni – che gli autori dello studio hanno scherzosamente chiamato polvere magica – non è stato semplice. Anzitutto cerchiamo di capire di che tipo di entità si tratta. Nel grande atlante della fisica, i polaritoni sono delle cosiddette quasi-particelle: un nome con cui i fisici chiamano e descrivono entità che non esistono realmente, ma che ai fini della descrizione matematica dell’intero sistema possono essere considerate particelle realmente esistenti. Un esempio: nei semiconduttori la corrente elettrica è legata all’interazione di elettroni (ovvero particelle con carica negativa) e lacune (ovvero “buchi” nel materiale in cui manca un elettrone, la cui carica è quindi positiva). Una lacuna non è un’entità materialmente esistente, ma ai fini della descrizione del sistema può essere considerata come se fosse una particella con carica positiva. Una quasi-particella, per l’appunto. I polaritoni appartengono a questa classe di oggetti.

Andiamo avanti. Una coppia elettrone-lacuna è a sua volta una quasi-particella, chiamata eccitone: i ricercatori sono riusciti a confinare degli eccitoni in una cosiddetta microcavità ottica, ovvero uno spazio confinato da specchi in cui è stata fatta passare un’onda luminosa a una particolare lunghezza d’onda, creando per l’appunto i polaritoni, ovvero il risultato dell’accoppiamento di quest’onda luminosa con gli eccitoni. Analizzando le proprietà di queste quasi-particelle, gli scienziati hanno scoperto, per l’appunto, che si comportano come se fossero dotate di massa negativa. Una caratteristica che, assieme ad altre proprietà, potrebbe renderle il giusto ingrediente per lo sviluppo di laser più efficienti e addirittura per l’impiego all’interno dei processori quantistici.

Riferimenti: Nature Physics

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