1924 föreslog den franska fysikern Louis de Broglie att fotoner - den subatomära partikeln som utgör ljus - bete sig som både en partikel och en våg. Känd som "partikelvågdualitet" har denna egenskap testats och visat sig tillämpas med andra subatomära partiklar (elektroner och neutroner) samt större och mer komplexa molekyler.
Nyligen visade ett experiment genomfört av forskare med QUantum Interferometry and Gravitation with Positrons and LAsers (QUPLAS) samarbete att samma egenskap gäller antimateria. Detta gjordes med samma typ av interferensprov (aka. Dubbel-slits experiment) som hjälpte forskare att föreslå partikelvåg-dualitet i första hand.
Studien som beskriver det internationella teamets resultat
Tidigare hade partikelvåg-dualiteten bevisats genom ett antal diffraktionsexperiment. Emellertid är QUPLAS-forskargruppen de första som fastställer vågbeteendet i ett enda positron (elektronens antipartikel) interferenssexperiment. På så sätt demonstrerade de kvantiteten hos
Experimentet involverade en inställning liknande det dubbelslitsade experimentet, där partiklar avfyras från en källa genom ett gitter med två slitsar från en källa mot en positionskänslig detektor. Medan partiklar som rör sig i raka linjer skulle producera ett mönster som motsvarar gittret, skulle partiklar som reser som vågor generera ett randigt interferensmönster.
Experimentet bestod av en förbättrad periodförstorande Talbot-Lau-interferometer, en kontinuerlig positronstråle, ett mikrometriskt gitter och en kärnemulsionspositionskänslig detektor. Med hjälp av denna inställning kunde forskarteamet generera - för första gången - ett interferensmönster som motsvarade enstaka antimateriella partikelvågor.
Som Dr. Ciro Pistillo - en forskare med laboratoriet för högenergifysik (LHEP), Albert Einstein Center (AEC) vid University of Bern och en medförfattare till studien - förklarade i en nyhetsberättelse från University of Bern:
“Med kärnkraften emulsioner vi kan bestämma slagpunkten för individuella positroner mycket exakt vilket gör att vi kan rekonstruera deras interferometriska mönster med mikrometrisk noggrannhet - alltså till bättre än miljonte av en meter. ”
Denna funktion gjorde det möjligt för teamet att övervinna de huvudsakliga begränsningarna i antimateriaxperiment, som består av lågt flöde av partiklar och strålmanipuleringskomplexitet. På grund av detta kunde teamet framgångsrikt visa antimateriets kvantmekaniska ursprung och vågens natur
Exempelvis kan tyngdkraftsmätningar utföras med exotiska ämnen-antimateriella symmetriska atomer (som positronium). Detta skulle göra det möjligt för forskare att testa teorin om laddning, paritet och tidsomvändningssymmetri; och i förlängningen, svag likvärdighetsprincip för antimateria - en princip som ligger i hjärtat av den allmänna relativiteten, men som aldrig har testats med antimateria.
Ytterligare experiment med antimateriainterferometri kan också behandla den brinnande frågan om varför det finns en obalans mellan materia och antimateria i universum. Tack vare detta genombrott väntar dessa och andra grundläggande mysterier ytterligare utredning!
