Des chercheurs de l'Université des sciences de Tokyo ont démontré la diffraction d'ondes de matière dans le positronium, un atome exotique formé par un électron et son homologue d'antimatière, le positron. Il s'agit de la première observation d'interférence quantique dans un tel système. Les résultats, publiés dans Nature Communications, confirment la dualité onde-particule du positronium.
Une équipe dirigée par le professeur Yasuyuki Nagashima, accompagnée du professeur associé Yugo Nagata et du docteur Riki Mikami de l'Université des sciences de Tokyo au Japon, a produit un faisceau d'atomes de positronium de haute qualité. Ils ont généré des ions de positronium chargés négativement et ont utilisé une impulsion laser pour retirer un électron excédentaire, créant ainsi un flux cohérent, neutre et se déplaçant rapidement. Ce faisceau, atteignant des énergies allant jusqu'à 3,3 keV, a été dirigé vers une fine feuille de graphène dans un environnement sous ultra-vide, où certains atomes de positronium ont traversé pour produire un schéma de diffraction clair sur les détecteurs, indiquant une interférence ondulatoire en tant qu'objet quantique unifié plutôt qu'en tant que particules séparées pour l'électron et le positron. L'espacement atomique du graphène correspondait à la longueur d'onde de de Broglie du positronium, permettant l'observation de cet effet quantique déjà observé chez les électrons, les neutrons et les molécules plus grandes, mais jamais auparavant chez le positronium. Le positronium, qui s'auto-annihile rapidement, se comporte comme un atome neutre jusqu'à ce moment-là, ce qui le rend idéal pour de telles études. Le contrôle précis de l'énergie, de la direction et de la cohérence du faisceau lors de l'expérience a permis d'obtenir des résultats plus nets que les méthodes précédentes. Le professeur Nagashima a déclaré : « Pour la première fois, nous avons observé l'interférence quantique d'un faisceau de positronium, ce qui peut ouvrir la voie à de nouvelles recherches en physique fondamentale utilisant le positronium ». Le Dr Nagata a ajouté : « Cela démontre non seulement la nature ondulatoire du positronium en tant que système lié lepton-antilepton, mais ouvre également la voie à des mesures de précision impliquant le positronium ». Cette percée pourrait permettre une analyse de surface non destructive des isolants et des matériaux magnétiques grâce au positronium neutre, ainsi que de futurs tests sur la réponse de l'antimatière à la gravité, qui reste à mesurer directement.
