«جرم موثر منفی» چیست؟
مجله علمی ایلیاد - اخیراً گروهی از فیزیک‌دانان اعلام کرده‌اند که موفق به ساخت شاره‌ای با «جرم موثر منفی» شده‌اند. همان‌طور که از اسم این شاره پیداست، واقعاً «جرم موثر منفی» دارد!
جرم موثر، اصطلاحی در فیزیک حالت جامد است که با نماد *m نمایش داده می‌شود و به جرم ظاهری یک جسم در تعامل با نیروها اشاره دارد. نباید جرم موثر یک جسم را با جرم واقعی آن اشتباه گرفت.
مقاله‌ای که این موضوع در آن شرح داده شده، توسط «محمد امین خامه‌چی» به همراه همکارانش، در مجله‌ی Physical Review Letters به‌چاپ رسیده است.
فرض کنید همان‌طور که «بار الکتریکی» می‌تواند مثبت یا منفی باشد، مواد نیز بتوانند جرم مثبت یا منفی داشته باشند. مردم عادی به ندرت به موضوعاتی از این دست فکر می‌کنند و مشاهدات روزانه‌ی ما در دنیا، همگی بر جنبه‌ی مثبت قانون دوم حرکت نیوتن، اشراف دارد که طبق این قانون، نیرو برابر با حاصل‌ضرب جرم در شتاب است. به عبارت دیگر اگر شما جسمی را هُل دهید، آن جسم در همان جهتی که شما آن را هل داده‌اید، شتاب می‌گیرد. در واقع جرم در جهت نیروی وارد شده شتاب می‌گیرد نه در جهت خلاف آن.
دکتر «مایکل مک‌نیل فوربس»، فیزیکدان از دانشگاه ایالتی واشنگتن، به‌عنوان نویسنده‌ی همکار این مقاله می‌گوید: «این‌ها چیزهایی هستند که ما به آن عادت کرده‌ایم. با داشتن جرم موثر منفی، اگر چیزی را هل بدهید، به سمت شما شتاب خواهد گرفت!»
دکتر فوربس و همکارانش از دانشگاه ایالتی واشنگتن، دانشگاه تحصیلات تکمیلی OIST ژاپن و دانشگاه شانگهای در چین، شرایط وجود جرم موثر منفی را با سرد کردن اتم‌های روبیدیم تا دمای نزدیک صفر مطلق (۲۷۳.۱۵- درجه‌ی سانتیگراد) و به‌وجود آوردن حالتی از ماده، معروف به چگال بوز-انیشتین، مهیا کرده‌اند.
در این حالت از مواد، ذرات بسیار آرام حرکت کرده و ضمن پیروی از قوانین مکانیک کوانتوم، همانند یک موج رفتار می‌کنند. همچنین این ذرات، یکنواخت و هم‌گام حرکت کرده و رفتار آن‌ها مانند چیزی است که به نام «اَبَرشاره» شناخته می‌شود و بدون از دست دادن انرژی خود، جریان می‌یابند.
تیم محققین، این شرایط را با استفاده از لیزر برای کند کردن حرکت ذرات و همچنین سردتر کردن آن‌ها و همچنین اجازه دادن به ذرات گرم و پرانرژی جهت فرار از ماده، مانند بخار، و در نتیجه سردتر شدن ذرات باقی مانده، ساخته‌اند.
کاری که لیزر انجام داده، مانند این است که اتم‌ها را درون ظرفی با اندازه‌ی کمتر از صد میکرون گیر بیاندازیم. در این نقطه، ابرشاره‌ی روبیدیم، دارای جرم معمول است. شکستن ظرف، به روبیدیم اجازه می‌دهد که به بیرون حرکت کند و همچنان‌که روبیدیم موجود در مرکز به سمت بیرون حرکت می‌کند، افزایش حجم دهد.
دکتر فوربس و همکارانش برای ساختن جرم موثر منفی، مجموعه‌ی دوم لیزر را برای ضربه زدن به اتم‌های روبیدیم و برگرداندن آن‌ها به عقب استفاده کرده‌اند. اکنون اگر روبیدیم با سرعت کافی به بیرون حرکت کند، مثل این است که دارای جرم منفی است.
دکتر فوربس می‌گوید: «وقتی شما آن را فشار می‌دهید به سمت عقب شتاب می‌گیرد، مثل این است که روبیدیم به دیواری نامرئی برخورد می‌کند. این پدیده به ندرت در شرایط آزمایشگاهی ساخته می‌شود و می‌توان از آن برای کاوش در مفاهیم چالش‌برانگیز کیهان استفاده کرد.»
نوشته: sci-news.com
ترجمه: امید محمدی - مجله علمی ایلیاد