Az anyag hullámtermészete: dupla rés-kísérlet újratöltve
A kvantumfizika egyik legnagyobb felismerése az volt, hogy az anyag a mikroszkopikus mérettartományban teljesen másként viselkedik, mint amit a klasszikus fizika elvárna. Az úgynevezett hullám-részecske kettősséget a dupla rés-kísérlet tette látványossá: amikor elektronokat két vékony nyíláson lőttek át, szabályos interferenciacsíkok jelentek meg a detektoron, mintha hullámok érkeztek volna, nem részecskék. Később ezt már neutronokkal, héliumatomokkal és egészen nagy molekulákkal is igazolták. Azonban a pozitronium, vagyis egy elektron és antirészecskéje, a pozitron által alkotott átmeneti atom eddig kimaradt ebből a sorból.
Hullámként viselkedő pozitronium: először a világon
A Tokiói Tudományegyetem kutatócsoportja megtörte ezt a hagyományt: sikerült pozitronium-nyalábbal ugyanolyan hullámszerű diffrakciót kimutatni, mint amilyet a klasszikus részecskéknél tapasztaltak. A pozitronium – amely mindössze néhány nanoszekundumig létezik, mielőtt megsemmisül – most először mutatott kvantuminterferenciát. A kulcs egy különlegesen tiszta, irányított és nagy energiájú pozitronium-nyaláb előállítása volt. Először negatív töltésű pozitroniumionokat készítettek, ezekből lézerimpulzussal kiütötték a felesleges elektront, majd az így semleges, gyors pozitronium-atomokat átirányították egy két-háromrétegű grafénmembránon.
Egyedülálló diffrakciós mintázat, közös hullámmozgás
A kísérletben a pozitronium-atomok energiája 3,3 keV volt, így a hullámhosszuk pontosan megegyezett a grafén rácsállandójával. Amikor a pozitronium átjutott a grafénen, a detektor határozott interferenciacsíkokat rögzített, egyértelműen igazolva a hullámszerű viselkedést. Ráadásul, bár két részecske (egy elektron és egy pozitron) alkotja, a pozitronium kvantumobjektumként – egyetlen hullámként – viselkedett, együtt keltve ki a mintázatot, nem szétválva.
Új lehetőségek: sérülésmentes anyagvizsgálat, gravitációs kísérletek
A pozitronium semleges volta miatt rendkívül ígéretes anyagvizsgálati módszerek alapjává válhat: ellentétben a töltött részecskékkel, nem rongálja a vizsgált anyag felületét, ezért különösen alkalmas lehet szigetelők vagy mágneses anyagok tanulmányozására. A jövőben pedig a pozitronium hulláminterferenciájának vizsgálatán keresztül végre közvetlenül is tesztelhető lehet, hogyan reagál az antianyag a gravitációra – ami még mindig megoldatlan rejtély a fizikusok számára.
