Физики нашли частицу с отрицательной массой

Группа физиков Колумбийского университета (США) экспериментально выявила квазичастицу, которую можно охарактеризовать как имеющую отрицательную массу. Другими словами, она движется снизу вверх в условиях внешнего гравитационного поля, например, земного. Препринт работы опубликован в репозитории arXiv.org.

Речь идет о фононах – квантах упругих колебаний среды. Квазичастица – это квант элементарных возбуждений системы, в случае фононов – упругих колебаний среды. Так, колебания атомов кристалла (которые почти не возможно описать обычными уравнениями) заменяются распространением системы звуковых волн. Их можно описать в тех же параметрах, что и обычную частицу – энергией, импульсом, спином.

Ранее считалось, что гравитационные силы никак не влияют на фононы, но, как показали эксперименты, в сверхтекучих жидкостях линии распространения фононов изгибаются вверх, а не идут горизонтально по прямой.

Ученые предположили, что фононы формируют собственное гравитационное поле, которое перемещается вместе с квазичастицами, а последние, таким образом, приобретают отрицательную массу. Явление зависит от плотности среды, давления, скорости распространения звуковых волн. Оно имеет место не только в сверхтекучих жидкостях, где было замечено впервые, но и в обычных условиях.