Když na většinu objektů v tomto světě působí nějaká relevantní síla, tak se zachovají velmi spořádaně a pohybují se ve směru působení takové síly. Výjimkou jsou ovšem objekty nebo částice, které mají hmotnost se záporným znaménkem anebo jim jsou podobné. V takovém případě se chovají opačně, než by velel selský rozum. Fyzici si s takovými objekty rádi hrají, respektive s modely, které simulují jejich vlastnosti, jak by řekli puntičkáři.
Zní to dost bláznivě. Není to ale ani rok, co jsme na OSLU psali o výzkumu Washingtonské Státní univerzity (WSU), kde experimentálně vytvořili model hmoty, která jako by měla zápornou hmotnost, chlazením atomů rubidia pomocí laserů.
Teď se hmota se „zápornou hmotností“ znovu objevuje na scéně, díky týmu Rochesterské univerzity. Vyvinuli zařízení s polovodičem o tloušťce jediné vrstvy atomů a optickým mikrorezonátorem (optical microcavity), které vyrábí kvazičástice, které na své okolí působí, jako by měly zápornou hmotnost. Podle vedoucího výzkumu Nicka Vamivakase jde o zajímavý úspěch, který by mohl mít vzrušující důsledky. Kromě samotné výroby takových kvazičástic zařízení také nabízí postup, jak generovat laserový paprsek při extrémně nízkém množství dodané energie. Studii Vamikasova týmu zveřejnil časopis Nature Physics.
Zařízení tvoří dvě zrcadla, která jsou umístěna velmi blízko sebe a vytvářejí optický mikrorezonátor. V mikrorezonátoru je polovodič z jedné vrstvy atomů vytvořený ze selenidu molybdeničitého (MoSe2). Vamivakas s kolegy umístili polovodič tak, že když se setká se světlem v mikrorezonátoru, tak se jeho excitony, kvazičástice představující vázaný stav elektronu a kladně nabité díry, kombinují s fotony a vytvářejí kvazičástice zvané polaritony.
Podle Vamivakase se během tohoto procesu exciton vzdává části své „identity“ ve prospěch fotonu a v důsledku toho vznikají polaritony, které se svému okolí jeví tak, jako by měly hmotnost se záporným znaménkem. O něco podobného se snaží více vědeckých týmů. Vamikasův tým to jako první dotáhl dokonce a mají k dispozici zařízení, které funguje.
Výzkum ale samozřejmě nekončí, naopak. Teprve teď to začne být doopravdy zajímavé. Podle Vamivakase by podobné zařízení mohlo sloužit ke konstrukci laserů úplně nového typu. Pokud se to podaří, tak by takové lasery spotřebovaly jen zlomek energie oproti tradičním laserům. A fyzici si také jistě rádi zaexperimentují s modely exotické hmoty se záporným znaménkem.
Video: Optically Levitated, Glowing Diamonds for Nanoscale Research
Literatura
University of Rochester 3. 1. 2018, Nature Physics online 30. 10. 2017.