Las ondas de materia constituyen una característica crucial de la mecánica cuántica, en el que las partículas tienen propiedades de onda además de las características de las partículas. Esta dualidad onda-partícula fue postulada en 1924 por el físico francés Louis de Broglie. La existencia de la propiedad ondulatoria de la materia se ha demostrado con éxito en varios experimentos con electrones y neutrones. así como con materias más complejas, hasta moléculas grandes.

Para la antimateria, la dualidad onda-partícula también se ha demostrado mediante experimentos de difracción. Sin embargo, Los investigadores de la colaboración QUPLAS han establecido ahora el comportamiento de las ondas en un experimento de interferencia de un solo positrón (antipartícula al electrón). Los resultados se informan en Avances de la ciencia .

La colaboración científica QUPLAS incluye investigadores de la Universidad de Berna y de la Universidad y Politécnico de Milán. Para demostrar la dualidad de ondas de positrones individuales, realizaron mediciones con una configuración similar al llamado experimento de doble rendija. Esta configuración fue sugerida por físicos como Albert Einstein y Richard Feynman; se utiliza a menudo en la teoría cuántica para demostrar la naturaleza ondulatoria de las partículas.

En el experimento, los positrones se dirigieron desde una fuente a un detector sensible a la posición. Entre, había rejillas con patrones de dos o más rendijas a través de las cuales viajan las partículas. Las partículas que se comportan como partículas viajan en línea recta y producen un patrón que se corresponde exactamente con la rejilla. Si las partículas tienen naturaleza ondulatoria, Aparece un patrón de interferencia rayado en el detector que parece diferente al de la rejilla. El nuevo patrón se genera por la superposición de las ondas emitidas por la fuente y viajando a través de la rejilla.

Los investigadores pudieron generar tal patrón de interferencia a partir de ondas de partículas de antimateria individuales. Se obtuvo gracias a un innovador interferómetro Talbot-Lau de aumento de período acoplado a un detector sensible a la posición de emulsión nuclear. "Con las emulsiones nucleares, podemos determinar el punto de impacto de positrones individuales con mucha precisión, lo que nos permitió reconstruir su patrón interferométrico con precisión micrométrica, por lo tanto, mejor que una millonésima de metro, ", explicó el Dr. Ciro Pistillo del Laboratorio de Física de Altas Energías (LHEP) y el Centro Albert Einstein (AEC) de la Universidad de Berna. Esta característica permitió a los investigadores superar las principales limitaciones de los experimentos de antimateria, a saber, bajo flujo de antipartículas y complejidad de manipulación del haz.

"Nuestra observación de la dependencia energética del patrón de interferencia demuestra su origen mecánico-cuántico y, por lo tanto, la naturaleza ondulatoria de los positrones, "dice la profesora Paola Scampoli. El éxito del experimento allana el camino hacia un nuevo campo de investigaciones basadas en la interferometría de antimateria. Un objetivo es, por ejemplo, para realizar mediciones de gravedad con átomos simétricos exóticos de materia-antimateria como el positronio. Los investigadores esperan probar la validez del principio de equivalencia débil para la antimateria. Este principio está en la base de la relatividad general y nunca se ha probado con antimateria. Los campos de investigación futuros basados ​​en la interferometría de antimateria podrían en el futuro proporcionar información sobre el desequilibrio de materia y antimateria en el universo.