Forskare vid Tokyo University of Science har demonstrerat materievågsdiffraktion i positronium, en exotisk atom bestående av en elektron och dess antimateria-motsvarighet, en positron. Detta markerar den första observationen av kvantinterferens i ett sådant system. Resultaten, som publicerats i Nature Communications, bekräftar positroniums våg-partikeldualitet.
Ett team lett av professor Yasuyuki Nagashima, tillsammans med docent Yugo Nagata och dr Riki Mikami vid Tokyo University of Science i Japan, framställde en högkvalitativ stråle av positroniumatomer. De genererade negativt laddade positroniumjoner och använde en laserpuls för att avlägsna en extra elektron, vilket skapade en snabbrörlig, neutral och koherent ström. Denna stråle, med energier upp till 3,3 keV, riktades mot ett tunt grafenskikt i en miljö med ultrahögt vakuum, där vissa positroniumatomer passerade igenom och skapade ett tydligt diffraktionsmönster på detektorer. Detta indikerar vågliknande interferens som ett enhetligt kvantobjekt snarare än som separata partiklar för elektronen och positronen. Grafenets atomavstånd matchade positroniumets de Broglie-våglängd, vilket möjliggjorde observationen av denna kvanteffekt som tidigare har setts hos elektroner, neutroner och större molekyler, men inte hos positronium förrän nu. Positronium, som snabbt självförintas, beter sig som en neutral atom fram till dess, vilket gör det idealiskt för sådana studier. Experimentets precisa kontroll över strålens energi, riktning och koherens gav skarpare resultat än tidigare metoder. Professor Nagashima uppgav: 'Nu har vi för första gången observerat kvantinterferens hos en positroniumstråle, vilket kan bana väg för ny forskning inom grundläggande fysik med användning av positronium.' Dr Nagata tillade: 'Det demonstrerar inte bara positroniums vågnatur som ett bundet lepton-antileptonsystem utan öppnar även vägar för precisionsmätningar som involverar positronium.' Detta genombrott skulle kunna möjliggöra icke-destruktiv ytanalys av isolatorer och magnetiska material genom användning av neutralladdat positronium, samt framtida tester av hur antimateria reagerar på gravitation, vilket fortfarande är direkt outforskat.
