“Magic Dust”: Forscher erzeugen negative Masse in atomdünner Halbleiterschicht

Neuartige Laser, Supercomputer – oder vielleicht sogar ein Warp-Antrieb: Neue Möglichkeit, negative Masse zu erzeugen, lässt Fachwelt träumen.

Schon als Kleinkinder lernen wir, dass sich die Bewegung von Objekten nach einem Impuls meist vorhersagbar verhält. Doch die sogenannte „negative Masse“ bringt unsere gewohnten Vorstellungen diesbezüglich gehörig durcheinander: Wird sie angestoßen, bewegt sie sich in die entgegengesetzte Richtung – sie beschleunigt rückwärts.

Erstmals gelang es im Jahr 2017, diesen Effekt im Labor zu erzeugen. Um die negative Masse herzustellen, brauchte es allerdings aufwendige Kühltechnik: Mithilfe eines Lasers wurden Rubidium-Atome auf wenige Bruchteile eines Grades über dem absoluten Nullpunkt abgekühlt. Bei dem so erreichten Aggregatzustand – bekannt als Bose-Einstein-Kondensat –  lässt sich Materie wie eine Welle beschreiben und verhält sich weniger wie einzelne Teilchen. Durch gezielte Manipulation mit einem Laser wurden die Atome im Anschluss „geschüttelt”, wodurch sie ihre Bewegung veränderten („Spin-Bahn-Kopplung“) und sich tatsächlich wie negative Masse verhielten.

“Magic Dust” soll Bau neuer Laser ermöglichen

Forschern der University of Rochester in den USA ist nun der nächste Schritt gelungen: Sie erzeugten ohne Kühlung und bei Raumtemperatur Quasi-Teilchen – sogenannte “Polaritone” –, die sich so verhalten wie negative Masse: Dazu manipulierten sie die eingefangene Photonen des Lichts und kombinierten diese mit speziellen kleinen Teilchen, den “Exzitonen“. Dadurch entstanden Partikel, die Halb-Materie und Halb-Licht sind und von einigen Wissenschaftler liebevoll als “Magic Dust” bezeichnet werden.

Molybdän, hier ein kristallines Bruchstück, ist eine Grundlage für den ultradünnen Halbleiter aus Molybdändiselenid.
Molybdän ist eine Grundlage für den ultradünnen Halbleiter aus Molybdändiselenid. Bild: Wikipedia – Alchemist-hp – (FAL 1.3)

Das  hierfür von den Forschern verwendete Gerät besteht aus zwei speziellen Spiegeln, die einen optischen Mikro-Hohlraum formen. Dieser teilt die Farben des Lichtspektrums auf und grenzt sie, je nach Anordnung, unterschiedlich ein. Das Licht interagiert darin mit einem ultradünnen Halbleiter aus Molybdändiselenid und erzeugt so die Polaritonen, die die Eigenschaften negativer Masse aufweisen.

Es gibt Berechnungen, wie ein Warp-Antrieb funktionieren könnte. Negative Masse spielt dabei eine Schlüsselrolle.
Es gibt Berechnungen, wie ein Warp-Antrieb funktionieren könnte. Negative Masse spielt dabei eine Schlüsselrolle.

Das Ziel der Forscher ist es, diese negative Masse zum Bau neuartige Laser zu verwenden, die einen wesentlich geringeren Energiebedarf haben. „Das von uns entwickelte Gerät bietet eine Möglichkeit, Laserlicht mit einer inkrementell kleinen Menge an Energie zu erzeugen“, so Nick Vamivakas, Professor an der Rochester University. Durch das Anlegen eines elektrischen Feldes an ein Gerät mit negativer Masse könnten die Forscher Push- und Pull-Kräfte mit viel höherer Effizienz nutzen. Neben einer neuen Art von Supercomputern dürfte ein anderer Anwendungsbereich vor allem bei Science-Fiction-Freunden für Begeisterung sorgen. Denn negative Masse gilt als eine der Voraussetzungen für den theoretisch möglichen Alcubierre-Warp-Antrieb. 

Cover-Foto: University of Rochester – Michael Osadciw (Montage)

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