Materiegolven vormen een cruciaal kenmerk van de kwantummechanica, waarin deeltjes naast deeltjeskenmerken ook golfeigenschappen hebben. Deze dualiteit van golven en deeltjes werd in 1924 gepostuleerd door de Franse natuurkundige Louis de Broglie. Het bestaan ​​van de golfeigenschap van materie is met succes aangetoond in een aantal experimenten met elektronen en neutronen, evenals met meer complexe materie, tot grote moleculen.

Voor antimaterie, de dualiteit van golven en deeltjes is ook bewezen door middel van diffractie-experimenten. Echter, onderzoekers van de QUPLAS-samenwerking hebben nu golfgedrag vastgesteld in een enkel positron (antideeltje tegen het elektron) interferentie-experiment. De resultaten worden gerapporteerd in wetenschappelijke vooruitgang .

De wetenschappelijke samenwerking van QUPLAS omvat onderzoekers van de Universiteit van Bern en van de Universiteit en Politecnico van Milaan. Om de golfdualiteit van enkele positronen aan te tonen, ze voerden metingen uit met een opstelling vergelijkbaar met het zogenaamde dubbelspletenexperiment. Deze opstelling werd gesuggereerd door natuurkundigen, waaronder Albert Einstein en Richard Feynman; het wordt vaak gebruikt in de kwantumtheorie om het golfkarakter van deeltjes aan te tonen.

In het experiment, positronen werden van een bron naar een positiegevoelige detector geleid. Tussenin, er waren roosters met patronen van twee of meer spleten waar de deeltjes doorheen reizen. Deeltjes die zich als deeltjes gedragen, reizen in rechte lijnen en produceren een patroon dat exact overeenkomt met het rooster. Als de deeltjes een golfkarakter hebben, er verschijnt een gestreept interferentiepatroon bij de detector dat er anders uitziet dan het rooster. Het nieuwe patroon wordt gegenereerd door de superpositie van de golven die door de bron worden uitgezonden en door het rooster reizen.

De onderzoekers waren in staat om zo'n interferentiepatroon te genereren uit afzonderlijke antimateriedeeltjesgolven. Het werd verkregen dankzij een innovatieve periodevergrotende Talbot-Lau-interferometer gekoppeld aan een positiegevoelige detector voor nucleaire emulsie. "Met de nucleaire emulsies, we zijn in staat om het inslagpunt van individuele positronen heel precies te bepalen, waardoor we hun interferometrische patroon met micrometrische nauwkeurigheid konden reconstrueren - dus tot beter dan een miljoenste van een meter, " verklaarde Dr. Ciro Pistillo van het Laboratory of High Energy Physics (LHEP) en het Albert Einstein Center (AEC) van de Universiteit van Bern. Deze functie stelde de onderzoekers in staat om de belangrijkste beperkingen van antimaterie-experimenten te overwinnen, namelijk lage antideeltjesflux en complexiteit van bundelmanipulatie.

"Onze waarneming van de energie-afhankelijkheid van het interferentiepatroon bewijst de kwantummechanische oorsprong en dus de golfaard van de positronen, ", zegt professor Paola Scampoli. Het succes van het experiment effent de weg naar een nieuw onderzoeksgebied op basis van antimaterie-interferometrie. Een doel is, bijvoorbeeld, zwaartekrachtmetingen uitvoeren met exotische materie-antimaterie symmetrische atomen zoals positonium. De onderzoekers hopen de validiteit van het zwakke equivalentieprincipe voor antimaterie te testen. Dit principe ligt aan de basis van de algemene relativiteitstheorie en is nooit getest met antimaterie. Toekomstige onderzoeksvelden op basis van antimaterie-interferometrie zouden in de toekomst informatie kunnen opleveren over de onbalans van materie en antimaterie in het universum.