Um estudo FLEET liderado por David Colas da University of Queensland esclarece estudos recentes de massa negativa, investigando o estranho fenômeno da autointerferência.

Quando pensamos em 'massa, “normalmente consideramos a massa 'inercial' - a resistência de um corpo à aceleração devido a uma força aplicada.

Para um objeto em movimento, sua massa é, então, uma relação simples entre o momento aplicado a ele, e a velocidade que adquire.

Contudo, em algumas situações, esta relação não é simplesmente proporcional e pode depender do impulso aplicado ao objeto. Os físicos então falam sobre massa efetiva, que pode até ser negativo.

Nesse caso, um objeto se moveria de uma forma totalmente não intuitiva quando acionado por uma força.

"Imagine uma bola de futebol, você dá um primeiro chute para chegar mais perto do gol, você então dá um chute extra para marcar, mas em vez de acelerar, a bola fica mais lenta! Você está um pouco confuso, então você decide chutar a bola com ainda mais força, e agora se move em direção ao seu pé e não para longe dele, "explica o autor principal do estudo UQ, Dr. David Colas.

Massas negativas podem ser alcançadas experimentalmente no nível das partículas em vários sistemas, por exemplo, usando buracos dentro de semicondutores, ao acoplar luz à matéria em microcavidades criando "exciton-polariton, "ou em gases atômicos ultracold atômicos sob a forma de condensados ​​de Bose-Einstein (BECs).

"Negative-Mass Effects in Spin-Orbit Coupled Bose-Einstein Condensates" foi publicado em Cartas de revisão de física em julho.

A pesquisa teórica UQ expandiu em um estudo anterior na Washington State University demonstrando um efeito de massa negativo na expansão de um BEC atômico, ilustrando bem a versatilidade e grande facilidade de ajuste desta plataforma.

Em seu estudo, os pesquisadores da UQ esclareceram os efeitos associados aos diferentes tipos de massa negativa e identificaram o notável "efeito de autointerferência" no condensado atômico, que havia sido originalmente previsto para exciton-polaritons.

Isso constrói uma imagem abrangente do 'efeito de autointerferência' observado no experimento WSU, mas também mostra como as interações podem auxiliar e acionar o mecanismo atual.

O experimento de dupla fenda de 1801 de Thomas Young demonstrando a interferência das ondas de matéria foi uma das primeiras observações de um efeito quântico. Partículas individuais são enviadas em uma tela com duas fendas exibindo interferência à medida que passam por ela, exatamente como ondas. Com um gás atômico ultra-frio, pode-se criar o mesmo tipo de interferência apenas com as partículas, sem a necessidade de uma tela e fendas, simplesmente afetando sua massa efetiva.

"Para continuar com a analogia da bola de futebol, imagine que se você chutar com muita força, você o apertará um pouco contra o pé. Quando a bola sai da sua bota, ele se expande novamente e você vê que a parte frontal da bola irá eventualmente viajar mais devagar que sua parte inferior. A bola então interfere em si mesma ”, continua o Dr. David Colas.

O WUS relatou que o efeito de massa negativo pode interromper a expansão livre de um BEC e levar a franjas na densidade. O estudo UQ mostrou que isso foi causado pela autointerferência do pacote de ondas, surgindo quando certos parâmetros de massa que caracterizam o sistema tornam-se negativos.

Os efeitos de massa negativos podem surgir sob diferentes formas, como a autointerferência. Mas uma das mais marcantes é a propagação para trás de um impulso positivo:a hipotética bola de futebol que acelera em direção à chuteira, não longe disso.

Os pesquisadores UQ mostram que este regime fascinante seria mais alcançável em BECs atômicos, do que com exciton-polaritons, abrindo o caminho para novos caminhos de pesquisa interessantes.

O esclarecimento do tipo de massa responsável por cada fenômeno observado evitará interpretações errôneas comuns sobre a massa negativa. Esse esclarecimento ajudará a colocar a pesquisa de massa negativa de volta nos trilhos.