Ranskalainen fyysikko Louis de Broglie ehdotti vuonna 1924, että fotonit - subatominen hiukkas, joka muodostaa valon - käyttäytyisivät sekä hiukkasina että aalloina. Tätä ominaisuutta, joka tunnetaan nimellä "hiukkas-aalto dualiteetti", tämä ominaisuus on testattu ja osoitettu soveltuvan muille alaatomisista hiukkasista (elektronit ja neutronit) samoin kuin suurempiin, monimutkaisempiin molekyyleihin.
Äskettäin kokeilu, jonka tutkijat suorittivat yhteistyössä QUantum Interferometry and Gravitation with Positrons and LAsers (QUPLAS) -yhteistyön kanssa, osoitti, että sama ominaisuus koskee antimateriaa. Tämä tehtiin käyttämällä samanlaista häiriötestiä (aka. Kaksoisrakojen koe), joka auttoi tutkijoita ehdottamaan hiukkas-aaltojen kaksinaisuutta ensisijaisesti.
Tutkimus, joka kuvaa kansainvälisen ryhmän havaintoja
Aikaisemmin hiukkasaallon kaksinaisuus oli todistettu useilla diffraktiokokeilla. QUPLAS-tutkimusryhmä on kuitenkin ensimmäinen, joka määrittää aallon käyttäytymisen yhden positronin (elektronin hiukkasen vastainen) häiriökokeessa. Näin tehdessään he osoittivat
Koe sisälsi kaksoishalkaisukokeen kaltaisen järjestelyn, jossa hiukkaset poltettiin lähteestä ritilän kautta kahdella raolla lähteestä kohti sijaintiherkkää ilmaisinta. Vaikka suorat linjat kulkevat hiukkaset tuottaisivat radan vastaavan kuvion, aaltojen tavoin kulkevat hiukkaset tekisivät raidallisen häiriökuvion.
Koe koostui parannetusta jaksoa suurentavasta Talbot-Lau-interferometristä, jatkuvasta positronisuihkusta, mikrometrisestä ritilästä ja ydinemulsioasentoon herkästä ilmaisimesta. Tätä asetusta käyttämällä tutkimusryhmä pystyi muodostamaan - ensimmäistä kertaa - häiriökuvion, joka vastasi yksittäisiä antimateriaalin hiukkasaaltoja.
Kuten tohtori Ciro Pistillo - tutkija korkean energian fysiikan laboratoriossa (LHEP), Bernin yliopiston Albert Einstein Centerissä (AEC) ja tutkimuksen yhteis kirjoittaja - selitti Bernin yliopiston uutistarinassa:
”Ydinvoiman kanssa emulsiot pystymme määrittämään tarkasti yksittäisten positronien iskukohdan, joka antaa meille mahdollisuuden rekonstruoida niiden interferometrinen kuvio mikrometrisellä tarkkuudella - siis paremmin kuin miljoonas metriä. ”
Tämän ominaisuuden ansiosta ryhmä pystyi ylittämään antimateriaalikokeiden päärajoitukset, jotka koostuvat matalasta hiukkasten vastaisesta vuosta ja säteen manipuloinnin monimutkaisuudesta. Tämän vuoksi joukkue pystyi onnistuneesti osoittamaan antimaterian kvantmekaanisen alkuperän ja sen aallon luonteen
Esimerkiksi painovoiman mittaukset voitaisiin suorittaa eksoottisen aineen ja antimaterian symmetrisillä atomeilla (kuten positroniumilla). Tämän avulla tutkijat voisivat testata varauksen, pariteetin ja ajan kääntymisen (CPT) symmetrian teorian; ja laajennettuna antimateriaalin heikko ekvivalenssin periaate - periaate, joka on yleisen suhteellisuuden ytimessä, mutta jota ei ole koskaan testattu antimateriaalilla.
Lisäkokeet antimateriaalin interferometrialla voisivat myös vastata palavaan kysymykseen siitä, miksi universumissa on aineen ja antimaterian epätasapainoa. Tämän läpimurron ansiosta nämä ja muut perustavanlaatuiset mysteerit odottavat lisätutkimuksia!
