Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Волновая природа материи лежит в основе квантовой физики, и ее проявления в опытах как по дифракции на кристаллах, так и на дифракционных решетках, экспериментально наблюдались для разнообразных частиц, начиная с электронов и заканчивая крупными органическими молекулами (см., например, [1–3]). Для всех этих частиц длина волны де Бройля определялась соотношением
и не зависела от формы и размеров молекулы, а также от величины ее массы.
Вполне естественно ожидать, что частицы, состоящие из антивещества — позитроны, а также нейтральные системы — позитроний, мюоний, антиводород — также будут обладать волновыми свойствами. Первая работа в этом направлении, в которой были выявлены волновые свойства одиночных позитронов, была выполнена в 2019 году на экспериментальной установке в Комо (Италия) [4].
Используемые в опыте дифракционные решетки были изготовлены из нитрида кремния толщиной 700 нм и покрыты слоем золота толщиной ~ 10 нм. Они пропускали значительную долю позитронов с энергией 14 кэВ. Фокусировка луча была настроена таким образом, чтобы размер пятна луча и, следовательно, геометрические характеристики луча, такие как угловое расхождение, заметно не изменялись в зависимости от энергии.
Интерферометр Тальбота — Лоу, схема которого представлена на рис. 1, создавал высококонтрастные периодические полосы, которые были обнаружены с помощью ядерных эмульсий, способных определять точку столкновения каждого отдельного позитрона с эмульсией с субмикронным разрешением (рис. 2). Остаточная скорость счета пучка на детекторе после коллимации (~80 % потерь) и прохождения через решетки (~90 % потерь) была около 100 e+/с. Для накопления достаточной статистики требовалось время экспозиции от 120 до 200 ч (около зерен в области анализа). Все компоненты интерферометра были немагнитными, и интерферометр был окружен металлическим экраном, предназначенным для уменьшения остаточного магнитного поля Земли.
Измеренная энергетическая зависимость контраста полосы в диапазоне от 8 до 16 кэВ доказывает квантовомеханическое происхождение периодической структуры и исключает классические эффекты, обеспечивая первое на сегодняшний день наблюдение интерференции волн антивещества.
Результаты работы [4] иллюстрирует принцип корпускулярно-волнового дуализма: позитроны испускаются радиоактивным источником в виде точечных частиц, взаимодействуют как волны материи — волны де Бройля — с интерферометром и в конечном итоге обнаруживаются в виде отдельных пятен в детекторе эмульсии. Их пространственное распределение определяется длиной волны де Бройля , как предсказано квантовой механикой, обеспечивая первую демонстрацию волновой интерферометрии антивещества.
Эти исследования открывают путь не только к интерферометрическому изучению нейтральных систем антивещества, таких как позитроний, мюоний или антиводород, но и к измерению их гравитационного ускорения в поле тяжести Земли. Продемонстрированный метод способен справиться со слабой когерентностью и низкой интенсивностью реальных пучков антивещества.
Результаты этих исследований — первых исследований волновых свойств античастиц — имеют важное значение для формирования основ физического образования студентов технических вузов и должны быть включены в курс общей физики, изучаемый в технических университетах России.
