Физики продемонстрировали явление отрицательной массы

Специалисты из института Макса Борна (Max-Born-Instituts Berlin) на опыте показали, что в определённых условиях электроны начинают вести себя так, словно у них — отрицательная инертная масса.

Масса электрона равна 9,1 х 10^?31 кг. Однако внутри кристалла электрон может вести себя как квазичастица с массой, существенно отличной от "номинальной" массы покоя: она даже может принимать отрицательное значение (иллюстрация Rajeev Ram/MIT).

В соответствии с физикой Ньютона, ускорение тела по направлению совпадает с приложенной к нему силой и обратно пропорционально массе. Однако в микромире этот закон может нарушаться. Как гласит пресс-релиз научной группы, движение электронов в кристаллах следует ему только пока мало электрическое поле, при превышении же некоего его порога масса электронов может принимать отрицательное значение.

Немецкие учёные исследовали движение электронов в полупроводнике арсениде галлия при комнатной температуре. Они прикладывали к образцу импульс электрического поля длительностью 300 фемтосекунд и напряжённостью 30 миллионов вольт на метр.

Измеряя отклик электронов с высокой точностью, физики обнаружили, что первые 100 фемтосекунд частицы, как и положено, ускорялись в "правильном" направлении, причём успевали набрать скорость 1111 километров в секунду. Но затем они резко тормозились за аналогичный период времени и даже начинали двигаться в обратном направлении, что можно интерпретировать только как отрицательное значение массы у электронов в данный момент.

Один из авторов опыта Вильгельм Кюн (Wilhelm K?hn) настраивает экспериментальную установку (фото Uwe Bellh?user).

Авторы эксперимента утверждают: полученные результаты согласуются с теоретическими расчётами, которые выполнил швейцарский физик, нобелевский лауреат Феликс Блох (Felix Bloch) более 80 лет назад. Учёные объясняют эффект как проявление частичной осцилляции Блоха и возникновение в кристалле нового режима переноса зарядов – когерентного их транспорта на ультракоротких временных отрезках.

Исследователи считают, что данное явление можно будет использовать в электронике следующего поколения, работающей с терагерцевыми тактовыми частотами. Подробности опыта раскрывает статья Physical Review Letters.