В 1924 году французский физик Луи де Бройль предположил, что фотоны - субатомная частица, составляющая свет, - ведут себя как частица и волна. Это свойство, известное как «дуальность частиц-волн», было протестировано и показано для применения с другими субатомными частицами (электронами и нейтронами), а также с более крупными и более сложными молекулами.
Недавно эксперимент, проведенный исследователями с помощью квантовой интерферометрии и гравитации с участием позитронов и лазеров (QUPLAS), продемонстрировал, что это же свойство относится и к антивеществу. Это было сделано с использованием того же самого типа интерференционного теста (он же эксперимент с двойной щелью), который в первую очередь помог ученым предложить дуальность частиц-волн.
Исследование, которое описывает выводы международной команды
В прошлом дуальность частиц-волн была доказана с помощью ряда дифракционных экспериментов. Однако исследовательская группа QUPLAS была первой, кто установил волновое поведение в одном эксперименте с интерференцией позитрона (античастицы электрона). При этом они продемонстрировали квантовую природу
Эксперимент включал установку, подобную эксперименту с двумя щелями, где частицы запускаются из источника через решетку с двумя щелями от источника в направлении чувствительного к положению детектора. В то время как частицы, движущиеся по прямым линиям, будут создавать рисунок, соответствующий решетке, частицы, движущиеся подобно волнам, будут создавать полосатый интерференционный рисунок.
Эксперимент состоял из улучшенного интерферометра Талбота-Лау с увеличенным периодом, непрерывного позитронного пучка, микрометрической решетки и детектора, чувствительного к положению ядерной эмульсии. Используя эту установку, исследовательская группа впервые смогла создать интерференционную картину, которая соответствовала бы одиночным волнам частиц антивещества.
Как доктор Чиро Пистилло, научный сотрудник лаборатории физики высоких энергий (LHEP), Центра Альберта Эйнштейна (AEC) Бернского университета и соавтор исследования, объяснил в новостях из Университета Берна:
«С ядерной эмульсии мы можем очень точно определить точку удара отдельных позитронов, что позволяет нам реконструировать их интерферометрическую картину с микрометрической точностью - таким образом, лучше, чем миллионный метра. "
Эта особенность позволила команде преодолеть основные ограничения экспериментов с антивеществом, которые заключаются в низком потоке античастиц и сложности манипуляции пучком. Благодаря этому команда смогла успешно продемонстрировать квантово-механическое происхождение антивещества и волновую природу
Например, гравитационные измерения могут проводиться с экзотическими симметричными атомами вещества-антивещества (например, позитрония). Это позволило бы ученым проверить теорию симметрии заряда, четности и обращения времени (CPT); и, наконец, Принцип слабой эквивалентности для антивещества - принцип, который лежит в основе общей теории относительности, но никогда не тестировался с антивеществом.
Дальнейшие эксперименты с интерферометрией антивещества могут также решить острый вопрос о том, почему во Вселенной существует дисбаланс вещества и антивещества. Благодаря этому прорыву эти и другие фундаментальные загадки ждут дальнейшего изучения!
