Вперше дослідники виконали версію знаменитого експерименту з двома щілинами з частинками антивіщення.
Експеримент демонструє один з фундаментальних принципів квантової фізики: точкові частинки також є хвилями. У стандартному варіанті експерименту частинки проходять через пару щілин у твердому бар'єрі.
На екрані з іншого боку з'являється інтерференційна картина, типова для хвиль. Гребні і западини, що виходять з кожної щілини, підсилюють один одного або компенсують один одного при їх перекритті, створюючи низькі смуги високої і низької щільності частинок на екрані.
Подвійність хвилі-частинки була постульована в 1924 році французьким фізиком Луї де Бройлем. Існування хвильової властивості речовини було успішно продемонстровано в ряді експериментів з електронами і нейтронами, а також з більш складною речовиною, аж до великих молекул.
Для антивіщення подвійність хвилі-частинки була також доведена за допомогою дифракційних експериментів. Тепер дослідники колаборації QUPLAS встановили хвилеву поведінку в експерименті з інтерференції позитронів (античастинок електронів). Результати представлені в журналі Science Advances.
Наукове співробітництво QUPLAS включає дослідників з Університету Берна і Політехнічного університету Мілана. Щоб продемонструвати хвильову подвійність одиночних позитронів, вони виконали вимірювання за допомогою установки, аналогічної експерименту з двома щелями. Ця установка була запропонована фізиками, включаючи Альберта Ейнштейна і Річарда Фейнмана і часто використовується в квантовій теорії, щоб продемонструвати хвильову природу частинок.
В експерименті позитрони були направлені від джерела до позиційно-чутливого детектора. Між ними були решітки з малюнками з двох або більше щілин, через які проходять частинки. Частинки, що ведуть себе як частинки, рухаються прямими лініями і створюють малюнок, точно відповідний решітці. Якщо частинки мають хвильову природу, на детекторі з'являється смугаста інтерференційна картина, яка відрізняється від решітки. Новий малюнок генерується суперпозицією хвиль, що випромінюються джерелом і проходять через ґрати.
Дослідники змогли створити таку почесну інтерференційну картину з одиночних хвиль-частинок антивіщення. Вона була отримана завдяки інноваційному інтерферометру Talbot-Lau зі збільшеним періодом, поєднаному з позиційно-чутливим детектором ядерної емульсії.
«За допомогою ядерних емульсій ми можемо дуже точно визначити точку удару окремих позитронів, що дозволило нам реконструювати їх інтерферометричний малюнок з мікрометричною точністю - з точністю до мільйонної частки метра», - пояснив доктор Чіро Пістілло з Лабораторії фізики високих енергій (LHEP) і Центр Альберта Ейнштейна (AEC) Бернського університету. Ця особливість дозволила дослідникам подолати основні обмеження експериментів з антивіщістю, а саме низький потік частинок і складність маніпуляції пучком.
«Наші спостереження енергетичної залежності інтерференційної картини підтверджують її квантово-механічне походження і, отже, хвильову природу позитронів», - говорить професор Паола Скамполі.
Успіх експерименту відкриває шлях до нової області досліджень, заснованої на інтерферометрії антиматерії. Наприклад, мета полягає в тому, щоб виконати вимірювання сили тяжкості за допомогою екзотичних симетричних атомів речовини-антивіщення, таких як позитроній.
Дослідники сподіваються перевірити обґрунтованість принципу слабкої еквівалентності для антивіщення. Цей принцип лежить в основі загальної теорії відносності і ніколи не був перевірений з антивіщістю. Майбутні галузі досліджень, засновані на інтерферометрії антивідництва, могли б надати інформацію про дисбаланс речовини і антивіщення у всесвіті.