Un gruppo di fisici è riuscito a creare un materiale con massa negativa

Ancora una volta, la scienza ci ha dimostrato che (quasi) niente è impossibile.

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27 aprile 2017, 9:32am

Alle scuole superiori si è soliti mostrare ai ragazzi la grande somiglianza che c'è nell'espressione della forza elettromagnetica e quella gravitazionale, sottolineando che una delle maggiori differenze sta nel fatto che mentre le cariche elettriche possono essere sia positive che negative, la massa negativa non esiste. O almeno, così si pensava.

Il fisico Michael Forbes e il suo team alla Washington State University sembrano aver ricreato in laboratorio, con una precisione e un controllo mai raggiunti prima, un materiale che presenti una massa negativa: spinto in una direzione, si muoverà verso quella opposta — Per visualizzare il fenomeno possiamo pensare a quelle macchinine a molla che si caricano da un lato e poi accelerano verso quello opposto: il principio è completamente diverso (qui si parla di energia elastica) ma il risultato è piuttosto simile.

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In fin dei conti basta rileggere la seconda legge del moto di Newton, f=ma (la forza è uguale al prodotto di massa per accelerazione): se la massa è negativa, la forza e l'accelerazione saranno sempre opposte (c'è il meno della massa, nell'equazione).

Per ottenere questo incredibile risultato, i fisici hanno utilizzato delle tecniche di raffreddamento laser (aka laser cooling) per portare degli atomi di rubidio a una temperatura di poco superiore allo zero assoluto, quindi circa -273 gradi Celsius. A simili temperature, la materia assume comportamenti prettamente quantistici e si comincia a parlare di condensato di Bose-Einstein: in questo stato della materia le particelle sono, dal punto di vista fisico, del tutto indistinguibili e cominciano a comportarsi come un'unica entità e in particolare come un'onda. 

Nello specifico, quello che si viene a creare col rubidio è un superfluido, ovvero un fluido caratterizzato dalla completa assenza di viscosità che quindi può scorrere senza attrito e senza perdere energia. Oltre al raffreddamento, i laser sono serviti a intrappolare il superfluido che si è venuto a creare in delle "cavità" dal diametro di meno di 100 micrometri di diametro (queste tecniche prendono il nome di laser cooling and trapping).

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Rappresentazione molto schematica di un sistema di raffreddamento e intrappolamento laser


Gli atomi intrappolati presentano ancora una massa positiva, per cui è necessario in qualche modo perturbare il sistema. Il team, quindi, ha indirizzato un secondo set di laser contro gli atomi intrappolati accelerando avanti e indietro fino a modificare il loro spin e a liberarli dalla "trappola". Gli atomi che sono sfuggiti con una velocità sufficiente presentavano una massa negativa: "Provi a spingerli, loro accelerano indietro. [...] È come se il rubidio urtasse contro un muro invisibile" racconta Forbes.

Nonostante la comunità scientifica sia divisa sulla possibilità di una massa con queste caratteristiche, la massa negativa è già prevista a livello teorico dal Modello Standard. L'abilità nel controllo di un tale tipo di materia fanno sperare nella possibilità di poter finalmente studiare una massa con una caratteristica che in natura non è mai stata osservata, ma che è presente già da tempo in alcune teorie di astrofisica, soprattutto per quanto riguarda la formazione di buchi neri. Poter ricreare una massa negativa in laboratorio, quindi, permetterebbe di fare esperimenti sulle caratteristiche di questi giganti cosmologici che non è possibile studiare in modo diretto.

Ancora una volta la scienza ci ha mostrato come qualcosa non sia impossibile solo perché è troppo diverso da quello a cui siamo abituati.