Pirmą kartą mokslo istorijoje atliktas dvigubo plyšio eksperimentas su antimaterija: pasirodė dviejose vietose tuo pačiu metu – ką tai reiškia?

Dalelė gali būti dviejose vietose tuo pat metu – net jei tai yra antimaterijos dalelė. Tyrėjai su antimaterija atliko klasikinį eksperimentą, atskleidžiantį vieną iš kvantinės mechanikos dogmų: visos dalelės yra ir bangos.

Paprasčiausioje dvigubo plyšio eksperimento, versijoje, atliktoje 1801 metais, šviesos spindulys apšviečia plokštę su dviem lygiagrečiais plyšeliais. Per juos perėjusi šviesa patenka į ekraną, kuriame dėl šių dviejų šviesos bangų interferencijos sudaro šviesius ir tamsius ruoželius.

Ši interferencija rodo, kad šviesa yra ne tik klasikinė dalelė, kaip teigė Niutonas, bet ir banga.

Klasikinis eksperimentas

Nuo to laiko dvigubo plyšio eksperimento variacijos buvo pakartotos su daug kitų dalelių, nuo elektronų iki molekulių, ir jie taip pat patvirtino bangos ir dalelės dualizmą. Šiuo eksperimentu netgi parodyta, kad atskira dalelė gali praskrieti per abu plyšius ir interferuoti su savimi.

Šios demonstracijos stiprina kvantinės mechanikos, kaip neatskiriamos visatos dalies, vaidmenį, bet su antimaterija jis nebuvo atliktas Lig šiol.

„Antimaterija yra brangi, ją sunku pagaminti, o sukurti įtaisą, kuriuo būtų galima išgauti antimedžiagos spindulį – dar sunkiau,” sako Michaelas Peskinas iš SLAC Nacionalinės greitintuvo laboratorijos Kalifornijoje.

Berno universitete Šveicarijoje Akitaka Ariga su kolegomis atliko dvigubo plyšio eksperimentą ir stebėjo pozitronų – elektronų antimedžiaginių ekvivalentų – interferenciją.

Antimaterijos spindulys

Įtaise naudojamas radioaktyvus natrio izotopas, skleidžiantis ~5000 pozitronų per sekundę. Pozitronai skrieja per porą apvalių angų, sufokusuojančių juos į spindulį.

Likę pozitronai nukreipiami į du silicio nitrido kristalus, kurie veikia kaip daugelio plyšių rinkinys. Per plyšius praskrieję pozitronai pataiko į ekraną, kuris veikia kaip fotografinė plokštelė, fiksuojanti, kur pataikė kiekvienas pozitronas.

Per sekundę ekraną pasiekė vos ~100 pozitronų, todėl, kad susidarytų pakankamai stiprus signalas, eksperimentas turėjo vykti 200 valandų. Gautame atvaizde buvo matomos šviesios ir tamsios juostos, rodančios, kad pozitronų bangos viena su kita interferuoja.

Tai nėra pirma antimedžiagos banginių savybių demonstracija. Pavyzdžiui, surengta egzotiškų molekulių, sudarytų iš medžiagos ir antimedžiagos mišinio, interferencija, sako Peskinas, bet klasikinį dviejų plyšelių eksperimentą surengti vis viena smagu. „Eksperimento išvados nebuvo netikėtos, bet paties eksperimento atlikimas buvo didelis techninis iššūkis.”

Šis eksperimentas buvo pirmasis žingsnis, tiriant gravitacijos poveikį antimaterijai. Tebėra atviras, užtikrintai neatsakytas klausimas, ar gravitacija antimateriją veikia taip pat, kaip ir įprastą medžiagą, ar gal ji reaguoja kaip nors kitaip – gal net kyla aukštyn. Jie siekia ištirti, kaip kinta interferencija, kai pozitronus veikia skirtingos jėgos gravitacija.

„Įmanoma, kad gravitacija daleles ir antidaleles veikia šiek tiek skirtingai, ir tai galėtų iš dalies paaiškinti, kodėl visatą sudaro skirtingas kiekis medžiagos ir antimedžiagos dalelių,” sako Davidas Christianasiš Fermi Nacionalinės greitintuvo laboratorijos Ilinojuje.

Jei gravitacija medžiagą ir antimedžiagą veikia skirtingai, šis skirtumas bus labai mažas, todėl tam, kad skirtumas išryškėtų, eksperimentai turės būti atliekami itin preciziškai. „Gravitacijos poveikis atskirai dalelei labai mažas, net jeigu tai – visos Žemės gravitacija,” sako Christianas. „Tai įdomi eksperimentinė technika, tačiau tikimybė, kad skirtumas yra – išties menka.“

Leah Crane
www.newscientist.com

Nuoroda:https://arxiv.org/abs/1808.08901