Amerikaanse natuurkundigen hebben een vloeistof gemaakt die zich gedraagt als negatieve massa. Wanneer je de vloeistof een duw geeft, beweegt die naar je toe. Dit bizarre effect kan meer inzicht geven in de fysica van zwarte gaten.
Volgens de fundamentele natuurwetten kan massa zowel positief als negatief zijn, net als bijvoorbeeld elektrische lading. In de natuur komt negatieve massa echter niet voor. Je kunt niet bij de slager vragen om ‘min drie pond gehakt’. Gelukkig maar, want anders zouden allerlei gangbare theorieën rond energiebehoud moeten worden aangepast. Bovendien zou je in de war raken als de slager vraagt of het een onsje minder mag zijn.
De natuurkundigen, werkzaam aan de Washington State University, hebben dan ook niet daadwerkelijk negatieve massa gecreëerd. Ze maakten een vloeistof waarvan de effectieve massa negatief is. De vloeistof bestaat uit deeltjes met positieve massa, maar als geheel gedraagt het spul zich alsof het een negatieve massa heeft.
Dat gedrag wordt zichtbaar wanneer je er een kracht op uitoefent. ‘Als je de vloeistof een duw geeft, versnelt die jouw kant op’, zegt Michael Forbes, een van de natuurkundigen. Alsof een voetballer in voorwaartse richting tegen een bal trapt, waarna de bal rechtstreeks in het eigen doel vliegt.
Supervloeistof
De natuurkundigen maakten de bizarre vloeistof door rubidiumatomen met lasers af te koelen tot net boven het absolute nulpunt. Bij zo’n extreem lage temperatuur vormen atomen een Bose-Einsteincondensaat. In die toestand zijn de afzonderlijke deeltjes niet meer van elkaar te onderscheiden. Samen vormen ze een supervloeistof: een vloeistof die voortstroomt zonder energie kwijt te raken.
Deze rubidium-supervloeistof stopten de natuurkundigen in een kom van minder dan 0,1 millimeter in doorsnee. Vervolgens gaven ze de rubidiumatomen een tweede laserbehandeling. Daarmee veranderden ze de spin van de deeltjes – een fundamentele eigenschap die je kunt zien als hun draaiing. Wanneer de vloeistof vervolgens uit de minikom werd gegoten, vertoonde die een negatieve effectieve massa. ‘Alsof de rubidiumatomen op een onzichtbare muur botsen’, aldus Forbes.
Zwarte gaten
Het negatieve-massaeffect van de vloeistof blijft beperkt tot de omgekeerde versnelrichting. Wat betreft zwaartekracht gedraagt de vloeistof zich wel als iets met positieve massa. Als je het spul morst, komt het dus niet op het plafond terecht, maar gewoon op je pasgewassen labjas.
In eerdere experimenten hadden fysici ook al negatieve massa nagebootst, maar dit is voor het eerst dat ze controle hebben over hun eigen brouwsel. Dankzij die controle kunnen ze de gevolgen van negatieve effectieve massa beter bestuderen. Dat werpt mogelijk meer licht op mysterieuze sterrenkundige objecten zoals neutronensterren, zwarte gaten en, als ze bestaan, wormgaten. In deze objecten vinden extreme natuurkundige processen plaats, waarbij negatieve massa een rol zou kunnen spelen.
Het onderzoeksresultaat is gepubliceerd in vakblad Physical Review Letters.