środa, 19 kwietnia 2017

Nie, nie stworzono cieczy o ujemnej masie

Tu Urząd Kontroli Plotek. Możecie natrafić w prasie na nagłówki ogłaszające radośnie, że powstała ciecz o ujemnej masie. Niektórzy mieli choć tyle przyzwoitości by użyć cudzysłowu. Ale nie wszyscy. Jak zawsze - chwytliwe nagłówki są chwytliwe, a diabeł tkwi w szczegółach.

Naukowcy z Uniwersytetu Waszyngtońskiego wykonali ciekawy eksperyment. Schłodzili atomy rubidu do temperatury zbliżonej do zera absolutnego, tworząc kondensat Bozego-Einsteina. Uwięziono je i chłodzono za pomocą laserów, w pojemniku wielkości kilkudziesięciu mikronów.

W tej temperaturze, w tych warunkach oraz w tej skali wielkości, materia często zachowuje się bardzo dziwnie i nietypowo. Do głosu dochodzą zupełnie nieintuicyjne dla nas efekty kwantowe; zachowaniem materii zaczyna rządzić rachunek prawdopodobieństwa. Temperatura niższa niż w głębokiej przestrzeni kosmicznej to również bardzo egzotyczne i niestabilne “zjawisko”. W tym wypadku ta pozorna “negatywna masa”, którą zachłysnęły się media, to sposób na opisanie pewnych zachowań otrzymanej substancji. Konkretnie chodzi o nietypową dyspersję rubidu, po tym jak oprócz schłodzenia go i uwięzienia w laserowej pułapce użyto dodatkowych laserów do zmiany spinu atomów. Jak to opisał Michael Forbes, kondensat pod naciskiem przyspieszał w przeciwnym kierunku. To miałoby stać w opozycji do drugiej zasady dynamiki Newtona gdzie F=ma, czyli siła równa się iloczynowi masy i przyspieszenia. Jest to rachunek wektorowy i siła i przyspieszenie powinny być skierowane w tym samym kierunku. W tym wypadku kierunki są przeciwne, co naukowcy opisali jako “negatywna masa”.

I tyle. To zdecydowanie ciekawe odkrycie, ale sposób przedstawienia go w przekazie medialnym jest zbyt uproszczony.


I właśnie po to, między innymi, jest Węglowy, żeby debunkować kiepską prasę popularnonaukową. ;) Wpłyń na rozwój strony i zostań patronem Węglowego.



Źródła:
https://www.sciencedaily.com/releases/2017/04/170417095534.htm
http://www.sci-news.com/physics/fluid-negative-mass-04787.html
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.155301

AKTUALIZACJA:
Wykopowicz LukaszLamza popełnił świetny, rzeczowy komentarz na temat tego eksperymentu i publikacji:

Gdyby kogoś interesowało... ( ͡° ͜ʖ ͡°)

Eksperyment polegał na schłodzeniu do temperatury bardzo bliskiej zera bezwzględnego niewielkiej próbki atomów rubidu (ok. 100 tys. atomów). Od początku do końca eksperymentu były to więc najzupełniej normalne atomy, zbudowane z najzupełniej normalnych protonów i neutronów, przyciągane grawitacyjnie przez Ziemię z cały czas tą samą siłą.

To, co natomiast nastąpiło, to efekt kwantowy, który daje się najlepiej opisywać, jeżeli przyjmie się w pewnym równaniu, że parametr zwany "m" osiąga wartość ujemną. Inaczej mówiąc, przyśpieszenia, jakich doznają cząstki, daje się wytłumaczyć po przyjęciu, że w pewnym momencie przeprowadzania eksperymentu "masa efektywna" staje się ujemna. Pojawiają się też bardzo charakterystyczne zaburzenia (energia ucieka w charakterystyczny sposób poprzez regularną produkcję odpowiednio uporządkowanych fononów), które da się przewidzieć teoretycznie, jeżeli się przyjmie, że nastąpiło "wejście" w reżim ujemnej masy - masy "efektywnej", chodzi po prostu, powtórzę, o pewien parametr w równaniach, który nie jest na przykład bezpośrednio związany z takim parametrem, jaka masa protonu. Nie jest to więc tzw. masa grawitacyjna, czyli miara tego, jak mocno przyciągają się grawitacyjnie dwa obiekty, ale nie jest to też typowa, klasyczna, Newtonowska masa bezwładna, chociaż jest jej względnie blisko do tej drugiej.

Morał z tego taki, że w fizyce kwantowej bardzo często obserwuje się pewne efekty, które na etapie nazywania brzmią jak science-fiction (kryształu czasu, ujemna masa, monopole magnetyczne etc.), podczas gdy w rzeczywistości są to owszem bardzo ciekawe zjawiska, ale nadawane im nazwy opisują tak naprawdę pewnego typu relacje matematyczne, a nie własności znane nam z życia codziennego. Z pewnym przymrużeniem oka można by powiedzieć, że jest to wszystko trochę jak budynek, do którego najpierw wchodzi 7 osób, a chwilę później wychodzi z niego 8 osób, po czym fizyk (a właściwie dziennikarz streszczający jego badania...;) ) stwierdza, że zaobserwowano budynek, w którym klonuje się ludzi. ;)

Samego mechanizmu, w związku z którym w tej akurat schłodzonej próbce rubidu (tworzącej tzw. kondensat Bosego-Einsteina, czyli dość orientalną, "bardzo kwantową" postać materii występującą w bardzo niskich temperaturach) pojawiają się tego typu efekty - nie rozumiem. ( ͡° ͜ʖ ͡°)

Tu macie artykuł: https://arxiv.org/pdf/1612.04055.pdf

5 komentarzy:

  1. Chyba dla podobnych warunków (bardzo chłodny obłok atomów w pułapce) otrzymano kilkanaście lat temu gaz o ujemnej ściśliwości, który pod wpływem nacisku się rozszerzał.

    OdpowiedzUsuń
  2. jest za wcześnie żeby cokolwiek oceniać. Nie minąl jeszcze tydzień od tego odkrycia.

    OdpowiedzUsuń
  3. Znalazłem wykład który trochę tłumaczy te ujemne masy:
    http://www.wtc.wat.edu.pl/images/dydaktyka/fizyka/Rogalski/Wyklad16.pdf
    Od strony 22 jest wyjaśnienie masy efektywnej elektronu, okazuje się że może być nawet nieskończona.

    OdpowiedzUsuń
  4. Dobra robota. Trzeba Cię linkować pod clickbaitami ;)

    OdpowiedzUsuń
  5. Dobra robota. Nie znoszę pseudo nauki a tutaj jest wszystko jasno wyjaśnione.

    OdpowiedzUsuń