Физики показали волновые свойства антиматерии

Антиматерия также, как и материя может вести себя и как частица, и как волна — это впервые показали физики из Италии и Швейцарии в эксперименте с позитронами, античастицами электрона.

Наблюдения показали, что позитроны могут интерферировать друг с другом, то есть демонстрировать квантово-волновой дуализм, говорится в статье, опубликованной в журнале Science Advance.

Коллаборация QUPLAS (QUantum interferometry and gravity with Positrons and LASers), в которую входят ученые из итальянского Национального института ядерной физики (INFN), университета Берна и Миланского политехнического университета, решила провести этот классический эксперимент с частицами антиматерии — позитронами.

Они разработали и построили интерферометрическую установку, адаптированную для потока низкоэнергетических позитронов.

Поток позитронов с энергией около 3 электронвольт в эксперименте продуцировал радиоактивный источник на основе изотопа 22Na. Затем частицы разгоняли на электростатическом ускорителе до энергии 16 килоэлектронвольт, получая таким образом строго монохроматический пучок позитронов.

Поток проходил через две интерферометрические решетки, сделанные полосок нитрида кремния толщиной 700 нанометров. Расстояние между «прутьями» решетки составляло около 1,2 микрона.

За решетами находился детектор — светочувствительная пленка толщиной 50 микрон на базе бромида серебра.

 

Схема экспериментальной установки (S. Sala at al. / Science Advance)

Измерения проводились для энергий позитронов 16, 14, 11, 9 и 8 килоэлектронвольт. Для экспозиции пленки и получения дифракционной картины требовалось очень долгое время — от 120 до 200 часов.

Затем физики изучали пленку в микроскоп. В результате ученые получили дифракционную картину с периодом (расстояниями между максимумами) около 5,85 микрон.

«Наши наблюдения доказывают волновую природу позитронов», — рассказал один из соавторов исследования Паола Скамполи (Paola Scampoli) из университета Берна.

 

Дифракционная картина, полученная в эксперименте (период показан красным отрезком) (S. Sala at al. / Science Advance)

В дальнейшем ученые планируют использовать разработанные ими методы для сверхточных измерений нейтральной антиматерии, в частности, гравитационных свойств позитрония, мюония и антиводорода.

Эта работа необходима для поиска фундаментальных отличий антиматерии и материи, которые, возможно, позволят объяснить, почему в наблюдаемой Вселенной антиматерия практически отсутствует.

Фото — S. Sala at al. / Science Advance