นักฟิสิกส์สร้างของไหลที่มีมวลเป็นลบ

เครื่องมือสร้างสสารสถานะควบแน่น โบซ-ไอน์สไตน์ (เครื่องมือในภาพไม่ได้ใช้ในการทดลองครั้งนี้) Image copyright Science Photo Library
คำบรรยายภาพ เครื่องมือสร้างสสารสถานะควบแน่น โบซ-ไอน์สไตน์ (เครื่องมือในภาพไม่ได้ใช้ในการทดลองครั้งนี้)

คณะนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐวอชิงตัน (WSU) นำโดยศาสตราจารย์ปีเตอร์ เอนเกลส์ ประสบความสำเร็จในการสร้างของไหลที่มีมวลเป็นลบ ซึ่งของไหลชนิดนี้ท้าทายกฎการเคลื่อนที่ข้อที่สองของนิวตัน ซึ่งระบุว่ามวลจะเกิดความเร่งในทิศทางเดียวกับแรงที่มากระทำ แต่ของไหลนี้กลับมีความเร่งไปในทิศทางตรงกันข้าม

ผลการวิจัยนี้ ตีพิมพ์เผยแพร่ในวารสาร Physical Review Letters โดยนักฟิสิกส์ใช้วิธีทำให้อะตอมของธาตุรูบิเดียมมีอุณหภูมิลดต่ำลงจนเข้าใกล้จุดอุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ (-273.15 องศาเซลเซียส) ซึ่งจะทำให้อะตอมของรูบิเดียมอยู่ในสถานะควบแน่น โบซ-ไอน์สไตน์ (Bose-Einstein condensate - BEC) ซึ่งอนุภาคในสถานะนี้จะเคลื่อนไหวช้ามาก และมีพฤติกรรมแบบคลื่น ตามที่หลักการทางกลศาสตร์ควอนตัมได้ทำนายไว้ อนุภาคในสถานะนี้ยังสามารถเคลื่อนที่ในรูปแบบของไหลยิ่งยวด (superfluid) ซึ่งไหลไปได้โดยไร้แรงเสียดทานและไม่สูญเสียพลังงานอีกด้วย

เพื่อที่จะทำให้อะตอมของรูบิเดียมในสถานะดังกล่าวกลายเป็นสสารที่มีมวลลบ นักฟิสิกส์ใช้ลำแสงเลเซอร์สร้างกับดักจับอะตอมเหล่านี้ไว้ แล้วตีให้อะตอมในกับดักแล่นไปกระทบกับผนังเลเซอร์จนสะท้อนกลับไปกลับมา ซึ่งจะทำให้อะตอมเปลี่ยนรูปแบบการหมุนในที่สุด

เมื่อปล่อยอะตอมออกจากกับดัก อะตอมเหล่านี้จะกระจายตัวออก โดยมีบางตัวที่แสดงคุณสมบัติของสสารที่มีมวลลบ คือเมื่อถูกผลักไปในทิศทางหนึ่ง กลับเกิดความเร่งในทิศทางตรงข้ามกับแรงกระทำ "เหมือนอะตอมรูบิเดียมไปกระทบเข้ากับกำแพงที่มองไม่เห็น" ศาสตราจารย์ไมเคิล ฟอร์บส์ ผู้ร่วมคณะวิจัยกล่าว

เทคนิคการสร้างของไหลที่มีมวลเป็นลบนี้ สามารถนำไปใช้เพื่อศึกษาทำความเข้าใจเรื่องสสารที่มีมวลเป็นลบ ซึ่งเดิมเป็นเพียงเรื่องทางทฤษฏีให้กระจ่างยิ่งขึ้น เนื่องจากครั้งนี้เป็นครั้งแรกที่สามารถสร้างและควบคุมภาวะที่จำเป็นต่อการศึกษาเรื่องดังกล่าวในห้องทดลองได้

ของไหลที่มีมวลเป็นลบยังอาจช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาความสัมพันธ์ของมวลลบกับปรากฏการณ์ต่าง ๆ ในจักรวาล เช่น ดาวนิวตรอน หลุมดำ และพลังงานมืดได้อีกด้วย

ข่าวที่เกี่ยวข้อง