Исследователи из Токийского университета науки впервые в истории наблюдали дифракцию пучка позитрония. Результаты исследования, опубликованные в Nature Communications, открывают новую главу в фундаментальной физике.
Одно из фундаментальных отличий квантового мира от привычной нам реальности — корпускулярно-волновой дуализм. Частицы могут вести себя как волны. Мы знаем, что это верно для электронов, нейтронов и даже крупных молекул. Теперь в этот клуб вступил и позитроний.
Что такое позитроний?
Позитроний — это короткоживущая система, состоящая из электрона и его античастицы позитрона, которые вращаются вокруг общего центра масс. У позитрония нет ядра в привычном понимании. Рано или поздно частицы сталкиваются и аннигилируют, превращаясь в гамма-кванты.
Из-за своей нестабильности и нейтрального заряда наблюдать волновые свойства позитрония невероятно сложно. Ученым требовалось создать плотный, когерентный поток этих частиц, прежде чем они исчезнут.
Суть эксперимента
Японские физики разработали уникальную методику. Сначала они создали отрицательно заряженные ионы позитрония, а затем с помощью точного лазерного импульса «отстрелили» лишний электрон. В результате получился быстрый и чистый пучок нейтральных атомов позитрония с энергией до 3,3 кэВ.
Этот пучок направили на лист графена. Атомная решетка графена выступила в роли идеальной дифракционной решетки. Пройдя сквозь нее, частицы позитрония образовали на детекторе характерный интерференционный узор (чередование светлых и темных полос). Это неопровержимое доказательство того, что даже такая экзотическая система из материи и антиматерии подчиняется законам волновой механики.
Зачем это нужно?
Нейтральный позитроний может проникать в изоляторы и магнитные материалы, не возмущая их структуру (в отличие от заряженных электронов), что делает его идеальным инструментом для анализа поверхностей.
Самая интригующая перспектива — использование интерферометрии позитрония для проверки того, как гравитация действует на антиматерию. До сих пор прямых измерений свободного падения античастиц с такой точностью не проводилось.
Ранее Наука Mail рассказывала, что разработка российских ученых улучшит работу ускорителей частиц.
