W 1924 roku francuski fizyk Louis de Broglie zaproponował, że fotony - cząsteczka subatomowa, która stanowi światło - zachowują się zarówno jako cząstka, jak i fala. Ta właściwość, znana jako „dualność fali cząstek”, została przetestowana i wykazano, że ma zastosowanie do innych cząstek subatomowych (elektronów i neutronów), a także do większych, bardziej złożonych cząsteczek.
Niedawno eksperyment przeprowadzony przez naukowców przy współpracy interferometrii kwantowej i grawitacji z pozytronami i LAserami (QUPLAS) wykazał, że ta sama właściwość dotyczy antymaterii. Dokonano tego przy użyciu tego samego rodzaju testu interferencji (znanego również jako eksperyment z podwójną szczeliną), który pomógł naukowcom przede wszystkim zaproponować dualizm fali cząsteczkowej.
Badanie, które opisuje ustalenia międzynarodowego zespołu
W przeszłości dwoistość fali cząstek została udowodniona poprzez szereg eksperymentów dyfrakcyjnych. Jednak zespół badawczy QUPLAS jako pierwszy ustalił zachowanie fali w pojedynczym pozytronowym eksperymencie (antycząstka elektronu). W ten sposób zademonstrowali kwantową naturę
Eksperyment obejmował konfigurację podobną do eksperymentu z podwójną szczeliną, w której cząstki są wystrzeliwane ze źródła przez siatkę z dwiema szczelinami ze źródła w kierunku detektora czułego na położenie. Podczas gdy cząstki poruszające się w liniach prostych wytworzyłyby wzór odpowiadający siatce, cząsteczki poruszające się jak fale wygenerowałyby pasiasty wzór interferencyjny.
Eksperyment składał się z ulepszonego interferometru Talbot-Lau z powiększeniem okresu, ciągłej wiązki pozytronowej, siatki mikrometrycznej i detektora wrażliwego na położenie emulsji jądrowej. Korzystając z tego zestawu, zespół badawczy był w stanie wygenerować - po raz pierwszy - wzór interferencji, który odpowiadałby pojedynczym falom cząstek antymaterii.
Jak wyjaśnił dr Ciro Pistillo - badacz z Laboratorium Fizyki Wysokich Energii (LHEP), Centrum Alberta Einsteina (AEC) z Uniwersytetu w Bernie i współautor badania - wyjaśnił w wiadomości z University of Bern:
„Z nuklearnym emulsje jesteśmy w stanie bardzo precyzyjnie określić punkt uderzenia poszczególnych pozytonów, co pozwala nam zrekonstruować ich wzór interferometryczny z dokładnością mikrometryczną - a więc lepiej niż milionowy metra. ”
Ta funkcja pozwoliła zespołowi przezwyciężyć główne ograniczenia eksperymentów z antymaterią, które obejmują niski strumień antycząstek i złożoność manipulacji wiązką. Dzięki temu zespół był w stanie skutecznie wykazać kwantowo-mechaniczne pochodzenie antymaterii i falową naturę antymaterii
Na przykład pomiary grawitacji można przeprowadzać za pomocą egzotycznych symetrycznych atomów antymateria (jak pozytronium). Umożliwiłoby to naukowcom przetestowanie teorii symetrii ładunku, parzystości i odwrócenia czasu (CPT); a co za tym idzie, Zasada Słabej Równoważności antymaterii - zasada leżąca u podstaw ogólnej teorii względności, ale nigdy nie była testowana z antymaterią.
Dalsze eksperymenty z interferometrią antymaterii mogą również rozwiązać palące pytanie, dlaczego we Wszechświecie występuje nierównowaga materii i antymaterii. Dzięki temu przełomowi te i inne fundamentalne tajemnice czekają na dalsze badania!
