En nuestra experiencia cotidiana, si empujamos algo, se aleja de nosotros. Pero los objetos con masa negativa en teoría pondrían este principio de cabeza y por el contrario acelerarían hacia nosotros. Suena a ciencia ficción pero la idea es teóricamente posible, y sus efectos se han observado en experimentos recientes. Ahora, los científicos de la Universidad de Rochester han desarrollado un dispositivo que puede crear partículas que exhiben masa negativa.
La Segunda Ley del Movimiento de Newton dice que la fuerza sobre un objeto es igual a su masa inercial multiplicada por su aceleración (F = ma). Normalmente, todos esos valores son positivos: aplicar fuerza positiva sobre un objeto con masa positiva dará como resultado una aceleración positiva, empujando el objeto hacia delante. Pero si un objeto tiene masa negativa, la fuerza también se vuelve negativa, lo que significa que el objeto se moverá en la dirección opuesta, esencialmente presionándose contra la mano si intentamos empujarla.
Al menos, esa es la idea. La masa negativa solo se ha demostrado en su mayor parte en análisis teóricos, aunque un experimento el año pasado manipuló átomos de rubidio con láseres para crear un fluido que actuó como si tuviera masa inercial negativa. Ahora, los investigadores de la Universidad de Rochester dicen que han desarrollado un dispositivo que puede crear partículas que exhiben masa negativa, combinando fotones de luz láser y excitones en un semiconductor.
El dispositivo se basa en un láser, con una diferencia sustancial. Normalmente, en un láser la luz rebota entre un par de espejos uno frente al otro, y el espacio donde esa luz está confinada se llama cavidad óptica o microcavidad. En la microcavidad óptica de este dispositivo, el equipo colocó un semiconductor atómico delgado hecho de diseleniuro de molibdeno, donde podría interactuar con la luz confinada. Excitones en el semiconductor se combinaron con fotones en la luz láser confinada para formar nuevas partículas llamadas polaritones, que tienen masa negativa.
"Al causar que un excitón ceda parte de su identidad a un fotón para crear un polaritón, terminamos con un objeto que tiene una masa negativa asociada a él", dice Nick Vamivakas, autor principal de un estudio que describe el dispositivo. "Eso es algo en lo que pensar, porque si tratas de empujar o tirar, irá en la dirección opuesta a lo que tu intuición te diría".
Los investigadores todavía están trabajando para explorar la física de las partículas de masa negativas en el dispositivo, y aunque las aplicaciones prácticas aún están muy lejos, una de las primeras mejoras podría ser láseres más eficientes.
"Estamos tratando de idear formas de aplicar esta tecnología, tal vez aplicando un campo eléctrico a través del dispositivo, y luego estudiando cómo estos polaritones se mueven en el dispositivo bajo la aplicación de fuerza externa", dijo Vamivakas. "Pero también resulta que el dispositivo que hemos creado presenta una forma de generar luz láser con una cantidad de energía incrementalmente pequeña. Con los polaritones que hemos creado con este dispositivo, la receta para hacer funcionar un láser es completamente diferente. El sistema comienza a funcionar con una entrada de energía mucho menor ".
La investigación fue publicada en la revista Nature Optics.