Фізики вперше здійснили інтерференційний експеримент Юнга з позитронами – відповідниками електронів у світі антиматерії. Як і нормальні частинки, позитрони демонструють схему інтерференції. Це надає перші експериментальні докази того, що типовий для квантового світу корпускулярно-хвильовий дуалізм діє і для античастинок, повідомляють науковці в журналі «Science Advances».
Типова інтерференція, виявлена при інтерференційному експерименті Юнга з електронами – їхні античастинки, позитрони, поводяться точно так само, засвідчив експеримент. Зображення: Alexandre Gondran/ CC-by-sa 4.0.
Інтерференційний дослід Юнга – це класика фізики. У ньому когерентне світло спрямовують на прилад із двома щілинами. На екрані, що позаду приладу, демонструють схему інтерференції зі світлими та темними смуги. За допомогою цього експерименту науковці довели корпускулярно-хвильовий дуалізм світла, а також електронів, нейтронів і навіть молекул.
Проте як справа виглядає з екзотичними копіями частинок нашої звичної матерії – антиматерією? Чи наділена вона таким же корпускулярно-хвильовим дуалізмом, як нормальні елементарні частинки? Відомо, що античастинки, зокрема позитрони, антипротони або антигідроген, у багатьох ситуаціях поводяться точно так само, як і їхні нормальні відповідники. Навіть спектр антигідрогену та позитронна лінія Лайман-альфа – однакові.
«Аналог інтерференційного експерименту ще ніколи не здійснювали з системою антиматерії», – пояснив Сімон Сала (Simone Sala) з Міланського університету та його колеги. Цим вчені й зайнялися. Для свого експерименту науковці створили позитрони – з розпаду радіоактивного натрію-22, а потім пришвидшили їх у спеціальному прискорювачі лабораторії L-NESS (Laboratory for Nanostructure Epitaxy and Spintronics on Silicon) в Комо.
Отриманий промінь позитронів науковці спрямували на вкриту золотом решітку з нітриду кремнію, що мала щілини на відстані приблизно мікрометр одна від одної. За решіткою емульсія з броміду срібла виконувала функцію детектора античастинок, що вдарялися об неї. «Емульсія могла визначити точку удару кожного окремого позитрона з точністю до субмікрометра», – сказали вчені.
Результат: насправді за ґратками решітки науковці зареєстрували типову схему інтерференції, яка, згідно з підрахунками, виникала в результаті справжньої хвильової інтерференції античастинок. Відстані між піками інтерференції розташовувалися в зоні, передбаченій квантовою теорією.
«Так ми змогли вперше спостерігати хвильову інтерференцію антиматерії», – констатують Сала та його команда. Тобто експеримент довів, що частинки антиматерії і в цьому аспекті поводяться як нормальні елементарні частинки, демонструючи корпускулярно-хвильовий дуалізм. «Позитрони випромінюються як точкові частинки, виникають із радіоактивного джерела, взаємодіють один з одним як хвилі де Бройля, а потім знову детектор з емульсії фіксує їх як окремі точки», – пояснили вчені.
Nadja Podbregar
Erstes Doppelspalt-Experiment mit Antimaterie
Science Advances, 06/05/2019
Зреферувала С. К.
13.05.2019