Антиматерията е едновременно частици и вълни

Антиматерията не се състои само от античастици, а също и от вълни. Сега знаем, че това е вярно дори на нивото на една частица антиматерия.

Физиците отдавна са наясно, че почти всичко – светлина и други форми на енергия, но също и всеки атом във вашето тяло – съществува като частици и вълни, концепция, известна като двойственост на частиците и вълните.

Това се показва отново и отново в експерименти. Но частиците на антиматерията, които са идентични със своите партньори, образуващи материя с изключение на противоположния им заряд и въртене, са много по-трудни за експериментиране. Тези близнаци на материята се появяват само мимолетно, обикновено в масивни ускорители на частици.

Сега обаче, физиците са показали на нивото на един единствен позитрон – антиматериен близнак на електрона, че и антиматерията също е съставена от частици и вълни.

За да покажат, че позитроните също са вълни, физиците са извършили по-сложна версия на известния „експеримент с двойни процепи“, който през 1927 г. за първи път показва, че електроните – форма на материята – са частици и вълни.

В оригиналния експеримент, така наречения „double-slit experiment“ учените изстрелват поток от електрони през лист с два прореза върху него, с детектор от другата страна. Ако електроните бяха само частици, те щяха да образуват модел на две ярки линии на детектора. Но те действат като вълни, показвайки характеристики на светлината, образувайки разпръснат модел на много редуващи се по-ярки и по-тъмни линии. Когато две вълни се припокриват, но са изместени един спрямо друг, върховете и падовете на вълните се отменят или се събират, създавайки отличителен модел, известен като интерференция. Тези видове експерименти са известни като интерферометрия.

През 1976 г. физиците разбраха как да демонстрират един и същи ефект с един електрон в даден момент, доказвайки, че дори единични електрони са вълни, които могат да интерферират една с друга.
Физиците оттогава са доказали, че когато отскачат позитрони от отразяваща повърхност, те се държат като вълни. Но досега те никога не са извършвали експеримент с „двойни прорези“, показващ, че отделните позитрони имат и вълнова природа. Правейки този вид експеримент, физиците имат възможност да изучават поведението на антиматерията на много по-дълбоко ниво.

За тази статия, публикувана в списание Science Advances, екип от италиански и швейцарски физици измислят как да генерират ниско енергиен лъч от позитрони, който може да се използва за извършване на първата антиматериална версия на експеримента с двойния прорез. Когато физиците насочват позитроните чрез по-сложна серия от множество прорези, позитроните се появяват на детектора в модел, който бихте очаквали от вълни, а не от отделни частици.

„Нашето наблюдение … доказва [позитронния] квантово-механичен произход и по този начин вълновата природа на позитроните“, казва Паола Скамполи, физик от Политехническия институт в Милано и съавтор на статията.

Това изследване, пишат авторите, отваря вратата към нов вид експеримент „интерферометрия“. След това те се надяват да отговорят на въпроси за вълновата природа на по-сложни екзотични вещества и да използват тези резултати, за да изследват естеството на гравитацията при много малки мащаби.