Avanzado Masa negativa

[arivasm]

Lo confieso: no entiendo nada (más allá de lo que cuenta el artículo de divulgación que cito a continuación). A ver si alguien en el foro arroja algo de luz al respecto.

Enlace al artículo: https://journals.aps.org/prl/abstrac...ett.118.155301
Masa negativa en Wikipedia, con mención del descubrimiento: https://en.wikipedia.org/wiki/Negative_mass
Noticia en BBC: http://www.bbc.com/mundo/noticias-39642708
Artículo de divulgación: https://hipertextual.com/2017/04/masa-negativa

[Alriga]

Re: Masa negativa

Yo tampoco entiendo mucho del fenómeno físico, aunque sí entiendo que las noticias tipo "Crean un objeto con masa negativa: va para el lado contrario al que lo empujas y desafía las leyes físicas de Isaac Newton" o "Logran producir un fluido con “masa negativa”, ¿cómo sería pesar al revés?" es sensacionalismo barato.

De lo poco que entiendo de lo que explica la Mula Francis entresaco:

-Han estudiado ondas de espín en un condensado de Bose–Einstein (BEC) superfluido.

-Han observado anisotropía en el acoplamiento espín-órbita (SOC) de los átomos del BEC. Lo que se ha observado en el SOC es una onda de choque dispersiva no lineal (tras el frente de la onda de choque hay un tren de solitones)

-Se le llama “masa efectiva” al inverso de la curvatura de la relación de dispersión por motivos históricos. En el caso no relativista E = m v²/2 = p²/(2 m), luego la segunda derivada d²E/dp² = 1/m; la segunda derivada describe la curvatura de la relación de dispersión E(p); como resulta ser igual al inverso de la masa m, por costumbre, para una relación general E(p) se llama “inverso de la masa efectiva” a la curvatura d²E/dp²

-¿Muestran repulsión gravitacional? No. El concepto de masa efectiva aplicado a ondas no tiene relación alguna con la gravitación. Lo único que se ha observado es que la relación de dispersión tiene regiones de curvatura positiva y de curvatura negativa; si se interpretan las ondas en dichas regiones como cuasipartículas, se les puede asociar una masa efectiva positiva y negativa, respectivamente. No hay ninguna relación directa con la gravitación universal de Newton. Tampoco tiene sentido realizar experimentos de caída libre con estas ondas (o cuasipartículas).

-En resumen, un interesante trabajo que llamará la atención de muchos por el uso del término masa negativa. Repito, que nadie se engañe, no tiene nada que ver con el concepto de masa que se usa en mecánica newtoniana. La masa efectiva es un concepto muy usado en el estudio de ondas en materia condensada y física del estado sólido.

Fuente: Masa efectiva negativa en un condensado de Bose-Einstein superfluido

Y el documento científico original: Negative mass hydrodynamics in a Spin-Orbit--Coupled Bose-Einstein Condensate

Saludos

[carroza]

Re: Masa negativa

Hola.

Este tema de relaciones de dispersión, es decir, la relación entre energía y momento, es muy habitual en estado sólido. Por ejemplo, cuando tienes los niveles de los electrones en una red cristalina, tienes ciertas expresiones que relacionan la energía del electrón con su momento $E(k)$. En la banda de conducción, la energía es mínima cuando el momento es cero, por lo cual puedes desarrollar, para k pequeños $E = E_C + C k^2$. Nadie te impide definir $C = {\hbar^2 \over 2 m*}$, con lo cual $m*$ lo puedes interpretar como una masa efectiva del electrón en la red cristalina. En algunos casos, en la banda de valencia ocurre $E(k)$ tiene un máximo para k=0. En ese caso $E = E_V - C k^2$. Si aqui quisieras expresar $-C = {\hbar^2 \over 2 m*}$, entonces tu "masa efectiva" del electron sería negativa. Esto no es nada raro ni esotérico. Lo normal en estado sólido es que se hable de una vacante, cuya energía es la del nivel del electrón desocupado, cambiada de signo, y cuya masa sería positiva.

Así que, lo siento. Nada esotérico, que no se conociera bien antes. Lo interesante del artículo es que muestra la capacidad de manipular condensados de bose einstein.

Saludos

[CharlesMcAndrew]

Re: Masa negativa

Podéis leer una discusión del artículo en el blog de Sabine hossenfander No, physicists have not created “negative mass”


La parte clave del asunto, muy en concodrancia con lo que dice carroza, es la siguiente:

[FONT=Arial]As to why that thing is called effective mass, I had to consult [/FONT]a friend, David Abergel, who works with cold atom gases[FONT=Arial]. His best explanation is that it’s a “historical artefact.” And it’s not deep: It’s called an effective mass because in the usual non-relativistic limit [/FONT]E=p²/m, so if you take two derivatives of E with respect to p, you get the inverse mass. Then, if you do the same for any other relation between E and p you call the result an inverse effective mass.

Debo decir que, en el artículo, lo que introduce no es una masa efectiva sino un tensor de masas, que es lo que realmente se suele introducir en estado sólido, e imagino que cuando habla de "masa negativa" será porque alguno de los autovalores sea negativo, o quizás que, como forma bilineal/cuadrática, el tensor sea definido negativo, pero no lo tengo claro. En cualquier caso la propiedad clave del asunto es que en la ecuación F=m.a la masa será negativa, y el fluido "irá" en dirección contraria a la fuerza que actúe sobre él. El "irá" se debe entender en un sentido "solitónico" en la línea de lo que comenta francis en Masa efectiva negativa en un condensado de Bose-Einstein superfluido


Recordemos que un solitón (no topológico) es una solución a una ecuación diferencial, normalmente en derivadas parciales (no lineal) que se caracteriza por tener un comportamiento de "cuasi partícula" es decir, que está concentrado en una región relativamente pequeña, y que se propaga manteniendo su forma, incluso cuando atraviesa obstáculos, recuperando su forma original después de la interacción. Una introducción a ese tipo de solitones la podéis encontrar en mi blog en la entrada de título, logicamente, solitones.

La clave es que esa solución en ningún momento va a tener es un comportamiento de "masa negativa" en el sentido gravitacional, ya sea gravitación newtoniana (un valor negativo de la masa m1 o m2 en la ley de graviación universal $F=G.\frac{m1* m2}{R^2 }$) o que sea algo que este relacionado con un tensor que viole alguna de las condiciones de energía positiva en relatividad general.

[Fortuna]

Re: Masa negativa

Sólo un detalle $E=p^2/2m$