Antimaterie verhält sich genau so wie normale Materie in Doppelspaltexperimenten

Der französische Physiker Louis de Broglie schlug 1924 vor, dass sich Photonen - das subatomare Teilchen, aus dem Licht besteht - sowohl als Teilchen als auch als Welle verhalten. Diese als "Teilchen-Wellen-Dualität" bekannte Eigenschaft wurde getestet und gilt für andere subatomare Teilchen (Elektronen und Neutronen) sowie größere, komplexere Moleküle.

Kürzlich hat ein Experiment von Forschern mit der Zusammenarbeit QUANTUM Interferometry and Gravitation with Positrons and LAsers (QUPLAS) gezeigt, dass diese Eigenschaft auch für Antimaterie gilt. Dies wurde mit der gleichen Art von Interferenztest (auch bekannt als Doppelspaltexperiment) durchgeführt, die Wissenschaftlern half, zunächst die Teilchenwellen-Dualität vorzuschlagen.

Die Studie, die die Ergebnisse des internationalen Teams beschreibt, vor kurzem erschien in der Fortschritte in der Wissenschaft. Die Studie wurde von Simone Sala, einer Doktorandin der Universität Mailand, geleitet und umfasste Mitglieder des Nationalen Instituts für Kernphysik (INFN), des Albert-Einstein-Zentrums für Grundlagenphysik, der Polytechnischen Universität Mailand und der Universität Neapel Federico II.

In der Vergangenheit wurde die Teilchenwellen-Dualität durch eine Reihe von Beugungsexperimenten nachgewiesen. Das QUPLAS-Forschungsteam ist jedoch das erste, das das Wellenverhalten in einem Interferenzexperiment mit einem einzelnen Positron (dem Antiteilchen des Elektrons) ermittelt. Damit demonstrierten sie die Quantennatur von anitmatter auf eine Weise, die von Physikern wie Albert Einstein und Richard Feynman vorgeschlagen wurde.

Das Experiment umfasste einen Aufbau ähnlich dem Doppelspaltexperiment, bei dem Partikel von einer Quelle durch ein Gitter mit zwei Schlitzen von einer Quelle zu einem positionsempfindlichen Detektor gebrannt werden. Während Partikel, die sich in geraden Linien bewegen, ein Muster erzeugen würden, das dem Gitter entspricht, würden Partikel, die sich wie Wellen bewegen, ein gestreiftes Interferenzmuster erzeugen.

Das Experiment bestand aus einem verbesserten Talbot-Lau-Interferometer mit Periodenvergrößerung, einem kontinuierlichen Positronenstrahl, einem mikrometrischen Gitter und einem positionsempfindlichen Detektor für Kernemulsionen. Mit diesem Aufbau konnte das Forscherteam erstmals ein Interferenzmuster erzeugen, das einzelnen Antimaterie-Partikelwellen entsprach.

Wie Dr. Ciro Pistillo - Forscher am Labor für Hochenergiephysik (LHEP), Albert-Einstein-Zentrum (AEC) der Universität Bern und Mitautor der Studie - in einer Nachricht der Universität Bern erklärte:

„Mit dem Atom Emulsionen Wir sind in der Lage, den Aufprallpunkt einzelner Positronen sehr genau zu bestimmen, wodurch wir ihr interferometrisches Muster mit mikrometrischer Genauigkeit rekonstruieren können - also besser als millionste eines Meters. "

Mit dieser Funktion konnte das Team die Hauptbeschränkungen von Antimaterieexperimenten überwinden, die aus einem geringen Antiteilchenfluss und einer komplexen Komplexität der Strahlmanipulation bestehen. Aufgrund dessen konnte das Team den quantenmechanischen Ursprung der Antimaterie und die Wellennatur von erfolgreich demonstrieren Positronen. Der Erfolg des Experiments wird auch den Weg für Untersuchungen zur Antimaterie-Interferometrie ebnen.

Zum Beispiel könnten Schwerkraftmessungen mit symmetrischen Atomen aus exotischer Materie und Antimaterie (wie Positronium) durchgeführt werden. Dies würde es Wissenschaftlern ermöglichen, die Theorie der Ladung, Parität und Zeitumkehrsymmetrie (CPT) zu testen. und im weiteren Sinne das Prinzip der schwachen Äquivalenz für Antimaterie - ein Prinzip, das im Zentrum der Allgemeinen Relativitätstheorie steht, aber noch nie mit Antimaterie getestet wurde.

Weitere Experimente mit Antimaterie-Interferometrie könnten sich auch mit der brennenden Frage befassen, warum es im Universum ein Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie gibt. Dank dieses Durchbruchs warten diese und andere grundlegende Geheimnisse auf weitere Untersuchungen!