I antihmota se chová jako částice i vlna

Fyzici již dlouho vědí, že téměř vše – světlo a další formy energie, ale také každý atom ve vašem těle – se chová z klasického hlediska i jako částice, i jako vlna, což je koncept známý jako korpuskulárně vlnový dualismus (de Broghlie). To se znovu a znovu ověřilo v experimentech. Ale s částicemi antihmoty, které jsou identické se svými hmotnými partnery, až na jejich opačný náboj a spin, je mnohem obtížnější experimentovat. Tato dvojčata hmoty existují jen okamžik, obvykle v mohutných urychlovačích částic, a ihned anihilují s částicemi hmoty.

Nyní však fyzici ukázali na úrovni jediného pozitronu – antihmotového dvojčete elektronu – že i antihmota se chová i jako částice, i jako vlna.

Aby ukázali vlnové chování pozitronů, provedli fyzici komplikovanější verzi slavného „dvouštěrbinového experimentu“, který v roce 1927 poprvé ukázal, že elektrony – představitelé hmoty – obojí vlastnost mají.

Dvouštěrbinový experiment

V původním dvouštěrbinovém experimentu prošel proud elektronů stínítkem se dvěma štěrbinami, přičemž na druhé straně byla fotografická deska jako detektor. Pokud by elektrony byly klasickými částicemi, vytvořily by na detektoru dvě ostré čáry, každá odpovídající jedné štěrbině. Chovaly se však jako vlny, takže difraktovaly jako světlo – na stínítku se vlnovitě střídaly jasnější pruhy se slabšími. (Když se dvě vlny překrývají, ale jsou vůči sobě fázově posunuty, pak jejich vrcholy a údolí se vyruší při opačné fázi, nebo výrazně zesílí při stejné fázi, případně něco mezi tím – podle velikosti fázového rozdílu. Tento jev se nazývá interference a využívá se v interferometrii např. pro velmi přesné určení rozdílu poloh.)

Elektron se chová jako částice i vlna 

V roce 1976 fyzici provedli dvouštěrbinový experiment s tak řídkým svazkem elektronů, že elektrony procházely štěrbinami opravdu „po jednom“, s výraznými pauzami mezi sebou. To dokázalo, že nejde o nějakou „vlnu elektronů“, ale že i jednotlivý elektron se chová jako vlna, a ta může po průchodu štěrbinou interferovat sama se sebou. Fyzici od té doby prokázali, že když se pozitrony odrazí od odrazivého povrchu, odrážejí se jako vlny. Až dosud však nikdy neprovedli dvouštěrbinový experiment, který by ukázal, že i jednotlivé pozitrony vykazují vlnovou povahu. Provedení takového experimentu nabízí fyzikům příležitost studovat chování antihmoty na úrovni, která je hlubší než kdykoli předtím. 

...a prokázalo se to konečně i u pozitronu 

Tým italských a švýcarských fyziků přišel na to, jak generovat nízkoenergetický svazek pozitronů, který by mohl být použit k provedení první antihmotové verze dvouštěrbinového experimentu prokazatelně jednotlivými částicemi. Když fyzici nasměrovali pozitrony přes složitější sérii vícenásobných štěrbin, pozitrony vytvořily na stínítku obrazec, který byste očekávali od vln, nikoli od jednotlivých částic. „Naše pozorování ... dokazuje kvantově mechanickou podstatu pozitronu, a tím i jeho vlnové chování,“ uvedla Paola Scampoli, fyzička z Politecnico of Milano a spoluautorka článku.

Tato práce, jak napsali autoři, otevírá dveře novému druhu experimentální interferometrie. Doufají, že se jim podaří odpovědět na otázky týkající se povahy složitější exotické hmoty a využít tyto výsledky ke zkoumání povahy gravitace v mikrosvětě. 

Zdroje: First demonstration of antimatter wave interferometry | Science Advances

 I antihmota je jak částice, tak i vlna, potvrdil nový experiment | Živá věda (livescience.com)