Antimaterie besteht nicht nur aus Antiteilchen, sondern auch aus Wellen. Jetzt wissen wir, dass dies auch auf der Ebene eines einzelnen Antimaterieteilchens gilt.
Physiker wissen seit langem, dass fast alles - Licht und andere Energieformen, aber auch jedes Atom in Ihrem Körper - sowohl als Teilchen als auch als Wellen existiert, ein Konzept, das als Teilchen-Wellen-Dualität bekannt ist. Das wurde in Experimenten immer wieder gezeigt. Antimaterieteilchen, die bis auf ihre entgegengesetzte Ladung und ihren Spin mit ihren Materiepartnern identisch sind, sind jedoch viel schwieriger zu experimentieren. Diese Zwillinge der Materie entstehen flüchtig, gewöhnlich in massiven Teilchenbeschleunigern.
Jetzt haben Physiker auf der Ebene eines einzelnen Positrons - eines Antimaterie-Zwillings des Elektrons - gezeigt, dass auch Antimaterie sowohl aus Teilchen als auch aus Wellen besteht.
Um zu zeigen, dass Positronen auch Wellen sind, führten die Physiker eine kompliziertere Version des berühmten "Doppelspaltexperiments" durch, das 1927 erstmals zeigte, dass Elektronen - eine Form von Materie - sowohl Teilchen als auch Wellen sind.
Im ursprünglichen Doppelspaltexperiment feuerten Wissenschaftler einen Elektronenstrom durch ein Blatt mit zwei Schlitzen und einem Detektor auf der anderen Seite. Wenn die Elektronen nur Teilchen gewesen wären, hätten sie ein Muster aus zwei hellen Linien auf dem Detektor gebildet. Aber sie wirkten wie Wellen, so dass sie sich wie Licht "beugten" und ein ausgebreitetes Muster aus vielen abwechselnd helleren und dunkleren Linien bildeten. (Wenn sich zwei Wellen überlappen, aber relativ zueinander verschoben sind, heben sich die Spitzen und Täler der Wellen auf oder addieren sich, wodurch ein charakteristisches Muster entsteht, das als Interferenz bezeichnet wird. Diese Arten von Experimenten werden als Interferometrie bezeichnet.)
1976 fanden Physiker heraus, wie sie den gleichen Effekt mit jeweils einem Elektron demonstrieren können, um zu beweisen, dass selbst einzelne Elektronen Wellen sind, die sich gegenseitig "stören" können.
Seitdem haben Physiker gezeigt, dass sich Positronen, wenn Sie sie von einer reflektierenden Oberfläche abprallen lassen, wie Wellen verhalten. Bisher hatten sie jedoch noch nie ein Doppelspaltexperiment durchgeführt, das zeigte, dass einzelne Positronen eine Wellennatur hatten. Diese Art von Experiment bietet Physikern die Möglichkeit, das Verhalten von Antimaterie auf einem tieferen Niveau als je zuvor zu untersuchen.
Für dieses Papier, das am 3. Mai in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht wurde, fand ein Team italienischer und schweizerischer Physiker heraus, wie ein energiearmer Positronenstrahl erzeugt werden kann, mit dem die erste Antimaterie-Version des Doppelspaltexperiments durchgeführt werden kann. Wenn die Physiker die Positronen durch eine komplexere Reihe von Mehrfachschlitzen richteten, landeten die Positronen in einem Muster auf dem Detektor, das Sie von Wellen erwarten würden, nicht von einzelnen Partikeln.
"Unsere Beobachtung ... beweist den quantenmechanischen Ursprung und damit die Wellennatur der Positronen", sagte Paola Scampoli, Physikerin am Politecnico in Mailand und Mitautorin des Papiers, in einer Erklärung.
Diese Arbeit, so die Autoren, öffnet die Tür zu einer neuen Art von "Interferometrie" -Experiment. Als nächstes hoffen sie, Fragen zur Wellennatur komplexerer exotischer Materie zu beantworten und diese Ergebnisse zu verwenden, um die Natur der Schwerkraft in sehr kleinen Maßstäben zu untersuchen.
