È possibile parlare di massa negativa?-ottobre 2019

di Angela Esposito

Alcune persone a questa domanda mi risponderebbero: “Certo che no, che assurdità è mai questa?”, eppure alcuni fisici della Washington State University sembrano aver dimostrato il contrario. 

Noi studenti, avremmo risposto alla domanda basandoci su ciò che troviamo scritto nel nostro libro di fisica, il quale riporta il secondo principio della dinamica. In particolare, questo principio afferma che l'accelerazione di un corpo è direttamente proporzionale e nella stessa direzione della forza applicata su di esso, e inversamente proporzionale alla sua massa. In parole più semplici: spingendo un corpo in una direzione, questo comincerà ad accelerare in quella direzione; più è pesante, meno velocemente si muoverà. Suona assolutamente ragionevole. Eppure, nell’Università di Washington hanno appena messo a punto un fluido che si comporta in modo diametralmente opposto: quando sottoposto a una forza, accelera nella direzione inversa. Come se la sua massa fosse negativa, per l'appunto. Nonostante ciò che dicono i media, i ricercatori non hanno mai detto di aver creato una massa negativa, al contrario di ciò che dice il documento, dove sono stati pubblicati i dettagli della scoperta, il quale afferma che hanno creato una “massa effettiva negativa”. Forbes e i suoi colleghi, in realtà, spiegano di aver creato il bizzarro composto, raffreddando degli atomi di rubidio (elemento chimico di numero atomico 37 e il suo simbolo è Rb) a una temperatura di poco superiore allo zero assoluto (vicino a -273 ° C), realizzando un cosiddetto condensato di Bose-Einstein, che non ha massa negativa ma lo fa sembrare simile a qualcosa con massa negativa. Questo 'condensato di Bose-Einstein' fu ipotizzato nel 1925 da Albert Einstein in base alle ricerche del fisico teorico indiano Satyendra Nath Bose. In queste condizioni, ottenute appunto raffreddando degli atomi di rubidio, le particelle alla base della materia si muovono in modo molto lento e seguono il comportamento previsto dalla meccanica quantistica, agendo come onde. Inoltre si sincronizzano e si muovono insieme nel cosiddetto superfluido, ovvero un fluido a viscosità nulla che si muove senza dissipare energia. I ricercatori hanno quindi utilizzato, nella prima fase dell’esperimento, un primo fascio laser per intrappolare gli atomi di rubidio in una "bolla" di pochi milionesimi di metro. Rompendo le pareti di tale bolla, gli atomi di rubidio superfluido, con massa ancora positiva, si sarebbero dovuti espandere in tutte le direzioni. Ma i fisici hanno scoperto che bombardando con un secondo laser il composto, era possibile cambiarne una proprietà quantistica (lo spin) e renderne "negativa" la massa, nel senso che quando si rompono le pareti della bolla questo si contrae verso l'interno. "Spingendo il composto", spiega ancora Forbes, "questo accelera all'indietro, come se urtasse un muro invisibile".

Sebbene già in passato siano stati creati fluidi a massa negativa, sottolineano ancora gli autori del lavoro, il loro è il primo esperimento in cui è possibile modificare dall'esterno con precisione le proprietà del composto: "Abbiamo ottenuto un preciso controllo della natura della massa negativa, senza nessuna complicazione", conclude Forbes, "il che ci dà la possibilità di studiare in dettaglio un fenomeno così peculiare". Il risultato permetterà di comprendere meglio fenomeni analoghi che avvengono in ambito cosmologico, all'interno di buchi neri, stelle di neutroni ed energia oscura. Satyendra Nath Bose e Albert Einstein ipotizzarono per primi questo fenomeno: il condensato è un gruppo di atomi raffreddato ad una temperatura tanto bassa da impedire quasi ogni movimento al suo interno. A quel punto, gli atomi incominciano ad agglomerarsi diventando identici, dal punto di vista fisico, e l’intero gruppo inizia a comportarsi come fosse un singolo, unico atomo. Una volta che gli scienziati della ricerca hanno raggiunto questo stadio, hanno utilizzato alcuni laser per spingere gli atomi avanti e indietro, finché questi non hanno iniziato a girare al contrario. Una volta raggiunta una velocità di rotazione sufficiente, il rubidio si è comportato come se avesse una massa negativa. 

Questa nuova e sorprendente teoria potrebbe essere una prova della corretta previsione fatta da Einstein 100 anni fa. Ma vediamo nel dettaglio di cos'è fatto il 95% del cosmo che ad oggi è composto da materia oscura ed energia oscura. 

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MATERIA ED ENERGIA OSCURA

Ad oggi il nostro modello dell'universo, chiamato LambdaCMD, non sa spiegarci fisicamente cosa siano la materia oscura e l'energia oscura, che conosciamo grazie all'effetto gravitazionale che hanno sulla materia osservabile. Secondo gli scienziati di Oxford, la materia e l'energia oscura possono essere unificate in un unico fluido che possiede un tipo di gravità negativa che repelle tutto il materiale che gravita intorno. “Questo suggerisce che il nostro cosmo sia simmetrico sia con qualità positive, sia qualità negative”, spiegano i ricercatori.

LE TEORIE DI EINSTEIN

100 anni fa Albert Einstein ha scoperto un parametro nelle sue equazioni chiamato ‘costante cosmologica', che oggi sappiamo essere sinonimo di energia oscura, che lui stesso definiva ‘il suo più grande errore', per quanto le moderne osservazioni astrofisiche dimostrino che si tratta di un fenomeno reale. In merito a questa costante, nel 1918 Einstein scrisse che “è necessaria una modifica della teoria in modo che lo ‘spazio vuoto' assuma il ruolo di masse negative gravitazionali che sono distribuite in tutto lo spazio interstellare”. In pratica è possibile che Einstein avesse già teorizzato che l'universo è pieno di massa negativa.

L'UNIONE DELLE TEORIE

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I ricercatori hanno così unito due idee compatibili con la teoria della relatività di Einstein, quella delle masse negative e quella della creazione della materia. Così facendo, l'energia oscura e la materia oscura possono essere unificate in una singola sostanza, con entrambi gli effetti spiegabili semplicemente come materia di massa positiva che naviga su un mare di masse negative”.