Японские учёные из Tokyo University of Science впервые наблюдали дифракцию позитрония.
Этот "атомоподобный" объект, состоящий из электрона и его антиматерии — позитрона, долгое время ускользал от изучения из-за своей нестабильности. Однако теперь у физиков-ядерщиков и физиков высокой энергии есть инструмент для исследования фундаментальных свойств антиматерии.
Квантовая механика учит нас, что частицы могут вести себя как волны. Это явление, известное как волново-частичный дуализм, проявляется в знаменитом опыте с двумя щелями. Когда электроны проходят через узкие прорези, на экране возникает интерференционный рисунок, характерный для волн.
Подобные эффекты наблюдались у нейтронов, атомов гелия и больших молекул. Но позитроний, состоящий из равномассных компонентов, оставался исключением. Из-за своей короткой жизни и сложности создания стабильного пучка его волновое поведение было трудно зафиксировать.
Исследователи использовали графен — материал с уникальной атомной структурой. Его толщина составляет всего два-три атомных слоя, что позволяет создать «дифракционную решетку» для позитрония.
Сначала команда получила отрицательно заряженные ионы позитрония. Затем лазерным импульсом они "сняли" лишний электрон, создав быстрый нейтральный пучок. Этот пучок направили на сверхтонкую мишень из графена.
Когда позитроний проскочил через графен, часть его луча раздробилась и создала интерференционный узор. Это доказало, что позитроний ведет себя как волна и является единым квантовым объектом.
Учёные отметили, что позитроний дифрагирует когерентно, несмотря на свою составность. Это открывает новые возможности для изучения антиматерии и проведения прецизионных экспериментов.
Открытие имеет практическое значение. Поскольку позитроний электрически нейтрален, он может стать инструментом для деликатного зондирования чувствительных материалов. В будущем метод может помочь в изучении поведения антиматерии в гравитационном поле.
Этот эксперимент — важный шаг в понимании фундаментальных законов природы и открывает новые горизонты для исследований.