Антивещество не просто состоит из античастиц, оно также состоит из волн. Теперь мы знаем, что это справедливо даже на уровне одной частицы антивещества.
Физики давно знали, что почти все - свет и другие формы энергии, но также и каждый атом в вашем теле - существует как частицы и волны, концепция, известная как дуальность частиц-волн. Это было показано снова и снова в экспериментах. Но частицы антивещества, которые идентичны своим партнерам по материи, за исключением их противоположного заряда и спина, гораздо труднее экспериментировать. Эти двойники материи мгновенно возникают, обычно в массивных ускорителях частиц.
Но теперь физики показали на уровне одного позитрона - двойника антивещества электрона - что антивещество также состоит из частиц и волн.
Чтобы показать, что позитроны также являются волнами, физики выполнили более сложную версию знаменитого «эксперимента с двумя щелями», который в 1927 году впервые показал, что электроны - форма материи - являются как частицами, так и волнами.
В первоначальном эксперименте с двумя щелями ученые выпустили поток электронов через лист с двумя щелями на нем, с детектором на другой стороне. Если бы электроны были только частицами, они бы сформировали узор из двух ярких линий на детекторе. Но они действовали как волны, поэтому они «дифрагировали» как свет, образуя рассеянный узор из множества чередующихся ярких и тусклых линий. (Когда две волны перекрываются, но смещены относительно друг друга, пики и впадины волн компенсируются или суммируются, создавая характерную картину, известную как интерференция. Эти типы экспериментов известны как интерферометрия.)
В 1976 году физики выяснили, как продемонстрировать тот же эффект с одним электроном за один раз, доказав, что даже отдельные электроны являются волнами, которые могут «мешать» друг другу.
С тех пор физики показали, что когда вы отражаете позитроны от отражающей поверхности, они ведут себя как волны. Но до сих пор они никогда не проводили эксперимент с двумя щелями, показывающий, что отдельные позитроны имеют волновую природу. Проведение такого рода эксперимента дает физикам возможность изучить поведение антивещества на более глубоком, чем когда-либо, уровне.
Для этой статьи, опубликованной 3 мая в журнале Science Advances, команда итальянских и швейцарских физиков выяснила, как генерировать пучок позитронов низкой энергии, который можно использовать для выполнения первой антиматерной версии эксперимента с двумя щелями. Когда физики направляли позитроны через более сложную серию множественных щелей, позитроны попадали на детектор по схеме, которую можно было бы ожидать от волн, а не отдельных частиц.
«Наше наблюдение… доказывает квантово-механическое происхождение и, таким образом, волновую природу позитронов», - говорится в заявлении Паолы Скамполи, физика Миланского политехнического института и соавтора статьи.
Эта работа, как писали авторы, открывает двери для нового вида эксперимента по "интерферометрии". Затем они надеются ответить на вопросы о волновой природе более сложной экзотической материи и использовать эти результаты, чтобы исследовать природу гравитации в очень малых масштабах.
