Antimaterie is niet alleen gemaakt van antideeltjes, het is ook gemaakt van golven. Nu weten we dat dit waar is, zelfs op het niveau van een enkel antimateriedeeltje.
Natuurkundigen weten al lang dat zo ongeveer alles - licht en andere vormen van energie, maar ook elk atoom in je lichaam - bestaat als zowel deeltjes als golven, een concept dat bekend staat als deeltjesgolf dualiteit. Dat is keer op keer aangetoond in experimenten. Maar antimateriedeeltjes, die identiek zijn aan hun materiepartners, behalve hun tegengestelde lading en spin, zijn veel moeilijker om mee te experimenteren. Deze tweelingen van materie fladderen vluchtig, meestal in massieve deeltjesversnellers.
Maar nu hebben natuurkundigen op het niveau van een enkel positron aangetoond - een antimaterie-tweeling van het elektron - dat ook antimaterie is gemaakt van zowel deeltjes als golven.
Om te laten zien dat positronen ook golven zijn, voerden de natuurkundigen een meer gecompliceerde versie uit van het beroemde 'dubbel-spleet-experiment', dat in 1927 voor het eerst aantoonde dat elektronen - een vorm van materie - zowel deeltjes als golven zijn.
In het oorspronkelijke experiment met dubbele spleten schoten wetenschappers een stroom elektronen door een plaat met twee spleten erop, met aan de andere kant een detector. Als de elektronen slechts deeltjes waren geweest, zouden ze een patroon van twee heldere lijnen op de detector hebben gevormd. Maar ze gedroegen zich als golven, dus "diffracteerden" ze als licht, en vormden een gespreid patroon van vele afwisselend helderdere en donkerdere lijnen. (Wanneer twee golven elkaar overlappen maar ten opzichte van elkaar worden verschoven, heffen de pieken en dalen van de golven op of tellen ze op, waardoor een onderscheidend patroon ontstaat dat bekend staat als interferentie. Dit soort experimenten staat bekend als interferometrie.)
In 1976 ontdekten natuurkundigen hoe ze hetzelfde effect met één elektron tegelijk konden aantonen, wat bewijst dat zelfs afzonderlijke elektronen golven zijn die elkaar kunnen "storen".
Natuurkundigen hebben sindsdien aangetoond dat wanneer je positronen tegen een reflecterend oppervlak weerkaatst, ze zich als golven gedragen. Maar tot nu toe hadden ze nog nooit een experiment met dubbele spleet uitgevoerd, wat aantoonde dat individuele positronen een golfkarakter hadden. Dat soort experimenten doen biedt natuurkundigen de mogelijkheid om het gedrag van antimaterie te bestuderen op een niveau dat dieper is dan ooit tevoren.
Voor dit artikel, dat op 3 mei in het tijdschrift Science Advances werd gepubliceerd, ontdekte een team van Italiaanse en Zwitserse natuurkundigen hoe een laagenergetische bundel positronen kon worden gegenereerd die kon worden gebruikt om de eerste antimaterie-versie van het experiment met dubbele spleet uit te voeren. Toen de natuurkundigen de positronen door een complexere reeks van meerdere spleten leidden, landden de positronen op de detector in een patroon dat je van golven zou verwachten, niet van individuele deeltjes.
"Onze waarneming ... bewijst de kwantummechanische oorsprong en dus de golfaard van de positronen", zei Paola Scampoli, natuurkundige aan de Politecnico van Milaan en co-auteur van het artikel, in een verklaring.
Dit werk, schreven de auteurs, opent de deur naar een nieuw soort "interferometrie" -experiment. Vervolgens hopen ze vragen te beantwoorden over de golfaard van meer complexe exotische materie en die resultaten te gebruiken om de aard van de zwaartekracht op zeer kleine schaal te onderzoeken.
