Ученые из Токийского университета впервые в истории получили прямые доказательства дифракции пучка позитрония — экзотической двухчастичной сущности, состоящей из электрона и позитрона. Эксперимент продемонстрировал, что позитроний ведет себя как квантовая волна. Открытие опубликовано в научном журнале Nature Communications.
Позитроний — короткоживущий (живет не более 1 наносекунды, а плотом аннигилирует с образованием гамма-квантов) «атомоподобный» дуэт частицы и античастицы с одинаковой массой. До настоящего момента доказательства его волновой природы через дифракцию отсутствовали. Команда под руководством профессора Ясуйуки Нагасимы генерировала высококогерентный пучок позитрония, направив его на сверхтонкую пленку графена, атомная решетка которого сопоставима с длиной волны де Бройля для этого пучка. В результате на детекторе была зарегистрирована четкая дифракционная картина, что стало прямым свидетельством волнового поведения позитрония.
Для создания качественного пучка позитрония исследователи сначала формировали отрицательно заряженные ионы позитрония, а затем с помощью лазерных импульсов удаляли лишний электрон, получая быстрый однородный поток нейтральных псевдо-атомов. Такой пучок обладал высокой когерентностью и узким энергетическим спектром, что позволило наблюдать интерференционные эффекты в условиях ультравысокого вакуума.
Результаты показывают, что даже двухчастичная система позитроний ведет себя как единый квантовый объект, чья электрон-позитронная пара не «распадается» на отдельные волны, а интерферирует целиком. Это важный шаг вперед в фундаментальной физике и подтверждение волнового дуализма для более сложных систем.
Возможности, открываемые этим экспериментом, включают перспективы для высокоточных измерений на основе позитрония, новых методов диагностики материалов (в том числе изоляторов и магнитных поверхностей), а также потенциальных экспериментов по изучению воздействия гравитации на антиматерию, где пока отсутствуют возможности прямых измерений даже для электронов.
Это новаторское экспериментальное открытие знаменует собой значительный прогресс в фундаментальной физике. Оно не только демонстрирует волновую природу позитрония как связанной лептон–антилептонной системы (системы, которая ведет себя как крошечный атом), но и открывает возможности для точных измерений с использованием позитрония.
Недавно в лаборатории ЦЕРН воссоздали плазменные потоки блазаров: Hi-Tech Mail разбирался, зачем это нужно.
