17日出版的《物理評論快報》雜誌刊登了一項重要成果:美國華盛頓州立大學在實驗室成功製成一種具有負品質的超流體,當推動它時,它不會像普通物體那樣向前加速,而是向後運動。這一研究成果為探秘中子星、黑洞與暗物質等宇宙現象,提供了全新實驗工具。理論研究已經證實,像電荷有正負之分一樣,物質也有負品質。
但人們熟知的都是正品質的物體,其符合牛頓第二運動定律,即作用力等於物體品質乘以加速度,所以當推動物體時,它會沿著力的作用方向加速運動。而負品質物體則完全相反,當給予推力時,它不進反退,向後加速運動。“就像碰到了一面看不見的牆。”參與研究的物理學家邁克爾·福布斯解釋說。
福布斯和同事通過冷卻銣原子創造了這種獨特的負品質流體。他們將銣原子溫度降到接近絕對零度以上,形成玻色—愛因斯坦凝聚態,能像光波一樣遵循量子力學原理緩慢移動,凝聚態粒子最後變成步調一致的超流體。
他們使用第一組鐳射讓高能粒子蒸發逃逸,粒子運動越來越慢從而達到製冷效果。然後將銣原子捕獲進一個直徑不到100微米的碗狀場中,再用另一組鐳射來回踢打原子,使其改變自旋方向,最終沖出磁場,表現出負品質效應。
福布斯表示,新技術首次實現精確調控負品質物質的特性,避免了其他負品質研究中常見的短板,為研究宇宙中懸而未決的基本物理現象提供了重要實驗工具。