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Des physiciens affirment avoir créé un fluide possédant une « masse négative »

superfluide masse négative trou noir de ver condensant de bose einstein
| Edobric/Shutterstock

Des chercheurs américains affirment avoir réussi à créer un fluide possédant une masse négative.

Un fluide possédant une masse négative, signifie que contrairement à tout autre objet physique connu, lorsque vous appuyez sur ledit fluide, ce dernier accélère dans la direction opposée au lieu de le faire dans la même direction initiale. Un tel comportement pourrait mener les scientifiques à comprendre certains comportements étranges qui se produisent dans les trous noirs et les étoiles à neutrons.

Mais avant de parler de trous noirs et d’étoiles à neutrons, penchons-nous sur une autre question : comment est-ce que quelque chose peut avoir une masse négative ? Hypothétiquement, la matière devrait pouvoir avoir une masse négative, de la même manière qu’une charge électrique peut être négative ou positive. Donc en théorie cela fonctionne, mais la notion de masse négative est un sujet qui porte à débat dans la communauté scientifique. En effet, les chercheurs se demandent si des objets de masse négative peuvent exister sans violer les lois de la physique.

La seconde Loi d’Isaac Newton est mathématiquement exprimée par la formule f = ma, (la force est égale à la masse d’un objet multipliée par son accélération). Si nous réécrivons cette formule de sorte à ce que l’accélération soit égale à une force divisée par la masse d’un objet, en considérant une masse négative, cela implique également une accélération inverse : vous pouvez vous imaginer pousser un verre sur une table, et celui-ci accélérerait dans le sens inverse de votre poussée.

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Bien que ça puisse nous sembler étrange, cela ne signifie pas pour autant que c’est impossible. D’antérieures recherches ont démontré des preuves que la masse négative pourrait bel et bien exister dans l’Univers, sans rompre la théorie de la relativité générale. De plus, de nombreux physiciens pensent que la masse négative pourrait être liée à certains éléments que nous avons détectés dans l’Univers, tels que l’énergie noire, les trous noirs et les étoiles à neutrons, et que cette dernière pourrait nous aider à mieux comprendre ces phénomènes.

De ce fait, les physiciens ont vivement essayé de recréer une masse négative en laboratoire, et y sont finalement parvenus. En effet, des chercheurs de l’Université de l’État de Washington affirment qu’ils ont réussi à obtenir un fluide d’atomes très froids qui agit comme s’il possédait une masse négative. L’équipe suggère également que l’utilisation de ce fluide permettrait d’étudier certains des phénomènes se produisant dans l’Univers et que nous ne comprenons pas encore totalement. « La première bonne nouvelle (avec cette découverte), c’est que nous avons le contrôle exquis sur la nature de cette masse négative, sans autres complications », explique l’un des chercheurs, Michael Forbes.

Afin de créer cet étrange fluide, l’équipe a utilisé des lasers pour refroidir des atomes de rubidium à une fraction de degré au-dessus du zéro absolu, créant ce qu’on appelle un condensat de Bose-Einstein. Dans cet état, les particules se déplacent incroyablement lentement et suivent des principes de la mécanique quantique, plutôt que de la physique classique : cela signifie qu’ils commencent à se comporter comme des ondes, et possèdent un emplacement qui ne peut pas être précisément identifié. De plus, les particules se comportent comme un fluide dépourvu de toute viscosité, formant ce que l’on appelle un superfluide : qui s’écoule donc sans perdre de l’énergie en cas de frottement.

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C’est grâce aux lasers que l’équipe a pu conserver ce superfluide à des températures glaciales, mais également le piéger dans un emplacement minuscule en forme de bol, mesurant moins de 100 microns de diamètre. Tandis que le superfluide restait contenu dans cet espace, il gardait une masse régulière et se comportait normalement.

Puis, à l’aide de lasers supplémentaires, l’équipe a forcé le superfluide à s’en échapper : ils ont forcé les atomes à bouger d’avant en arrière pour changer leur rotation, brisant le « bol » et permettant au rubidium de s’en extraire si vite, qu’il se comportait comme s’il avait une masse négative. « Lorsque vous appuyez, cela accélère à l’envers. C’est comme si le rubidium frappait un mur invisible », explique Forbes.

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À présent, l’équipe affirme que le liquide de masse négative correspond et confirme ce que d’autres équipes ont pu constater lors de différentes recherches.

Cependant, il reste encore à déterminer si ce superfluide de masse négative est assez fiable et précis pour pouvoir le tester en laboratoire de manière efficace. À présent, nous devons attendre que d’autres équipes indépendantes reproduisent ces mêmes résultats. La recherche a été publiée dans le Physical Review Letters.

Sources : Physical Review Letters, Washington State University

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