— One of the strangest things about quantum mechanics is that a particle can act like a wave. In particular, in a double-slit experiment, individual particles that are shot through a pair of slits create a pattern as if they each went through both slits simultaneously and interfered with themselves. Researchers have now shown for the first time that antimatter behaves in the same unintuitive way.
Antimatter particles correspond to the regular particles that we are used to, such as protons and electrons, but with the opposite electrical charge and magnetic properties. But when antimatter and matter meet, they both disappear in a flash of energy, which makes antimatter rare and difficult to study.
A new experiment uses positrons — the antimatter counterpart of electrons — to create a situation similar to a traditional double-slit experiment. While scientists have been able to see the quantum interference of electrons for decades, this is the first time they have been able to observe it for antimatter. They present their results in an article published today in the journal Scientific Advances.
The researchers used positrons that were emitted by a radioactive material and then accelerated and formed into a beam. Instead of traveling through just two slits, as in the classic experiment, the beam went through two sequential gratings with different spacing between the slits. This setup helped magnify the effects the researchers needed to measure. The positrons that survived the trip hit a detector, where they formed an interference pattern.
The difference in how many positrons were detected in the high and low points of the pattern depended on the particles’ energy. When the researchers analyzed this dependence, they were able to show that the pattern must have come from the positrons behaving like waves. Since, on average, fewer than one positron should have been travelling through the gratings at any time, the researchers also note that the interference pattern must have come from the individual particles interfering with themselves.
Researchers believe that more experiments like this will open new windows on the behavior of antimatter, including how gravity affects it. While Einstein’s theory of relativity predicts that gravity will affect antimatter in the same way it affects matter, other theories propose differences.
Pentru prima dată, cercetătorii au arătat ca antimateria interferează ca un val cuantic în același mod în care materia normala o face.
Unul dintre cele mai ciudate lucruri despre mecanica cuantică este că o particulă poate acționa ca un val. În special, într-un experiment dublu-fantă, particule individuale care sunt filmate printr-o pereche de fante crează un model ca în cazul în care fiecare a trecut prin ambele fante simultan și interferat cu ei înșiși. Cercetătorii au arătat acum pentru prima dată că antimateria se comportă în același mod neintuitiv.
Particulele de antimaterie corespund particulelor cu care suntem obișnuiți, cum ar fi protonii și electronii, dar au încărcătura electrică și proprietățile magnetice opuse. Dar când antimateria și materia se întâlnesc, amândouă dispar într-o clipire de energie, ceea ce face antimateria să fie rară și greu de studiat.
Un nou experiment folosește pozitroni – omologul electronilor în antimateriei – pentru a crea o situație similară cu cea a unui experiment tradițional cu două fante. În timp ce oamenii de știință au fost capabili de a vedea interferențele cuantice ale electronilor timp de decenii, acum este prima dată când au fost capabili să le observe la antimaterie. Ei își prezintă rezultatele într-un articol publicat în revista Scientific Advances.
Cercetătorii au folosit pozitroni care au fost emiși de un material radioactiv și apoi accelerași și formași într-un fascicul. În loc să se deplaseze doar prin două fante ca în experimentul clasic, fasciculul a trecut prin două grătare secvențiale, cu distanțe diferite între fante. Această configurare a ajutat la mărirea efectelor pe care cercetătorii trebuie să le măsoare. Pozitronii care au supraviețuit călătoriei au lovit un detector, unde au format un model de interferență.
Diferența dintre numărul de pozitroni detectați în punctele înalte și joase ale modelului depinde de energia particulelor. Când cercetătorii au analizat această dependență, au fost capabili să arate că modelul ar fi trebuit să provină din pozitroni care se comportă ca niște valuri. Deoarece, în medie, mai puțin de un pozitron ar fi trebuit să călătorească prin grătare în orice moment, cercetătorii observă, de asemenea, că modelul de interferență trebuie să fi venit de la particulele individuale care interferează cu ele însele.
Cercetătorii cred că mai multe experimente ca aceasta vor deschide noi ferestre cu privire la comportamentul antimateriei, inclusiv modul în care gravitația o afectează. În timp ce teoria relativității a lui Einstein prezice că gravitația va afecta antimateria în același mod în care afectează materia, alte teorii propun diferențe.
***
Mihail stories 