Il fluido con massa negativa

Immaginate di spingere un oggetto appoggiato su un tavolo, ad esempio una penna, in una certa direzione. Per il secondo principio della dinamica (F =m*a dove F è la forza, m la massa di un oggetto e a l’accelerazione), la penna comincerà a muoversi nella direzione verso cui è stata spinta, fino a fermarsi a causa dell’attrito. Ma cosa succede quando applichiamo la stessa legge a un oggetto con massa negativa? In teoria, infatti, la massa di un oggetto può essere negativa, nello stesso in modo in cui, ad esempio, la sua carica elettrica può essere positiva o negativa. Nel nostro esempio, applicando la seconda legge della dinamica, una penna con massa negativa inizierebbe comunque a muoversi, ma nella direzione opposta a quella in cui l’abbiamo spinta.

I ricercatori della Washington State University si sono occupati di studiare questo fenomeno, simulando un fluido con massa negativa, una condizione difficile da replicare in laboratorio ma che può essere utilizzata per studiare alcuni degli elementi più affascinanti del nostro universo.

Nello studio, pubblicato su Physical Review Letters, Michael Forbes e colleghi descrivono il procedimento seguito per ottenere il fluido: hanno iniziato raffreddando atomi di rubidio a temperature molto vicine allo zero assoluto, producendo uno stato della materia conosciuto come condensato di Bose-Einstein. In questo stato, le particelle si muovono molto lentamente e seguono i principi della meccanica quantistica, comportandosi come onde. Esse inoltre sincronizzano i loro movimenti, dando origine ad un superfluido. Utilizzando dei laser, il team ha poi intrappolato gli atomi in un’area molto piccola: rimuovendo i laser, le particelle si espandevano molto velocemente, riuscendo a simulare la presenza di una massa negativa in alcune di esse. “Se spinto, il fluido accelerava al contrario,” ha spiegato Forbes, “Come se il rubidio colpisse un muro invisibile.”

Questa tecnica ha permesso ai ricercatori di evitare alcuni problemi che solitamente si presentavano in simulazioni di questo tipo: “Per la prima volta abbiamo un perfetto controllo della natura di questa massa negativa, senza complicazioni,” ha spiegato Forbes, aggiungendo che questo fornisce agli scienziati un nuovo strumento per studiare fenomeni analoghi in astrofisica, impossibili da replicare in laboratorio, come ad esempio le stelle di neutroni, i buchi neri e l’energia oscura.

Riferimenti: Physical Review Letters