Antimaterie fungerer nøjagtigt det samme som almindeligt stof i dobbeltslidseksperimenter

I 1924 foreslog den franske fysiker Louis de Broglie, at fotoner - den subatomære partikel, der udgør lys - opfører sig som både en partikel og en bølge. Denne egenskab, der er kendt som "partikelbølgedualitet", er blevet testet og vist sig at gælde med andre subatomære partikler (elektroner og neutroner) såvel som større, mere komplekse molekyler.

For nylig demonstrerede et eksperiment udført af forskere med QUantum Interferometry and Gravitation with Positrons and LAsers (QUPLAS) samarbejde, at denne samme egenskab gælder antimaterie. Dette blev gjort ved hjælp af den samme type interferensetest (alias eksperiment med dobbelt spalte), der hjalp forskere med at foreslå partikelbølgedualitet i første omgang.

Undersøgelsen, der beskriver det internationale holds fund, for nylig dukket op i Videnskabelige fremskridt. Undersøgelsen blev ledet af Simone Sala, en kandidatstuderende fra University of Milan, og omfattede medlemmer fra National Institute of Nuclear Physics (INFN), Albert Einstein Center for Fundamental Physics, det polytekniske universitet i Milano og University of Naples Federico II.

Tidligere var partikelbølgedualiteten blevet bevist gennem et antal diffraktion eksperimenter. Imidlertid er QUPLAS-forskerteamet de første til at etablere bølgeadfærd i et enkelt positron (elektronens antipartikel) interferenseksperiment. Dermed demonstrerede de kvante karakteren af anitmatter på en måde, der er blevet foreslået af fysikere som Albert Einstein og Richard Feynman.

Eksperimentet involverede en opsætning, der ligner dobbeltsnitseksperimentet, hvor partikler fyres fra en kilde gennem et gitter med to spalter fra en kilde mod en positionsfølsom detektor. Mens partikler, der bevæger sig i lige linjer, ville frembringe et mønster, der svarer til gitteret, ville partikler, der bevæger sig som bølger, generere et stribet interferensmønster.

Eksperimentet bestod af et forbedret periodeforstørrende Talbot-Lau-interferometer, en kontinuerlig positronstråle, et mikrometrisk gitter og en nukleær emulsionspositionfølsom detektor. Ved hjælp af denne opsætning var forskerteamet i stand til at generere - for første gang - et interferensmønster, der svarede til enkelt antimaterielle partikelbølger.

Som Dr. Ciro Pistillo - en forsker med laboratoriet for højenergifysik (LHEP), Albert Einstein Center (AEC) fra University of Bern og en medforfatter til undersøgelsen - forklarede i en nyhedshistorie fra University of Bern:

”Med det nukleare emulsioner vi er i stand til at bestemme påvirkningspunktet for individuelle positroner meget præcist, hvilket gør det muligt for os at rekonstruere deres interferometriske mønster med mikrometrisk nøjagtighed - således til bedre end milliontedel på en meter. ”

Denne funktion gjorde det muligt for teamet at overvinde hovedbegrænsningerne i antimaterieeksperimenter, der består af lav antipartikel-flux og strålemanipulationskompleksitet. På grund af dette var teamet i stand til med succes at demonstrere den kvantemekaniske oprindelse af antimateriale og bølgenheden i positroner. Eksperimentets succes vil også bane vejen for undersøgelser af antimaterieinterferometri.

For eksempel kunne tyngdekraftsmålinger udføres med eksotiske stof-antimateriale symmetriske atomer (som positronium). Dette ville gøre det muligt for forskere at teste teorien om ladning, paritet og tidsomvendt symmetri; og i forlængelse heraf er det svage ækvivalensprincip for antimaterie - et princip, der ligger i hjertet af den generelle relativitet, men aldrig er blevet testet med antimaterie.

Yderligere eksperimenter med antimaterieinterferometri kunne også tackle det brændende spørgsmål om, hvorfor der er en ubalance mellem stof og antimaterie i universet. Takket være dette gennembrud venter disse og andre grundlæggende mysterier yderligere undersøgelse!