Уму непостижимо. Физики доказали, что антиматерия - это частица и волна одновременно

Научпоп

10 мая, 20:00

Уму непостижимо. Физики доказали, что антиматерия - это частица и волна одновременно

Уму непостижимо. Физики доказали, что антиматерия - это частица и волна одновременно - фото

CC0

Антиматерия может быть частицей и волной одновременно

Группа ученых из Италии и Швейцарии впервые провели опыт Юнга с антиматерией. Оказалось, что мельчайшие античастицы проявляют и волновые свойства, подобно обычной материи.

Уже почти 100 лет ученые знают, что мельчайшие частицы, из которых состоит любая материя - молекулы, атомы и электроны - являются одновременно и частицами и волнами. Впервые эту странную теорию озвучил английский ученый Томас Юнг, который в 1801 году доказал, что фотоны - мельчайшие частицы света - проявляют волновые свойства.

Опыт Юнга заключался в пропускании частиц света через две щели, после чего образуется так называемая интерференционная картина - узор, характерный для волн, когда их пропускают сквозь те же две щели и они постепенно гасят друг друга.

В 1927-м американские физики Клинтон Дэвидсон и Лестер Джермер провели опыт Юнга с электронам - составляющими атомов и молекул, - и, оказалось, что простейшие частицы не только света, но и любой материи также проявляют свойства частиц и волн одновременно. Результаты этого эксперимента легли в основу корпускулярно-волнового дуализма - способности материи проявлять свойства волны или частицы в разных условиях.

Все бы хорошо, но одна лишь материя не является строительным материалом всего во Вселенной. Физики предполагают, что каждой частице материи противостоит частица антиматерии, свойства которой до конца не изучены.

До сих пор ученые лишь предполагали, что антиматерия будет проявлять свойства волны и частицы одновременно, но не могли подтвердить это на практике, поскольку добыть античастицы довольно сложно.

На днях, представители Миланского технического университета и Бернского университета опубликовали результаты опыта Юнга с антиматерией, пишет Phys.org. В качестве антиматерии физики использовали позитроны - античастицы электронов, - которые они получали при распаде радиоактивных элементов.

“С радиоактивной эмульсией, мы можем очень точно определить точку удара отдельных позитронов, что позволило нам реконструировать их интерференционную картину с микрометрической точностью - более чем на миллионную долю метра (микрон, - ред.)", - объяснил доктор Чиро Пистилло из Лаборатории физики высоких энергий и Центр Альберта Эйнштейна Бернского университета.

Ученые говорят, что их наблюдения доказывают волновую природу позитрона и его квантово-механическое происхождение.

Результаты исследования позволят в будущем производить интерференционные эксперименты, к примеру, с более сложной экзотической материей вроде позитрония - квантовомеханической системой, которая состоит одновременно из позитрона и электрона.

Фото: Wikipedia

Физики также планируют впервые протестировать с антиматерией принцип эквивалентности сил гравитации и инерции, на котором основана общая теория относительности Альберта Эйнштейна. Подобные эксперименты могут объяснить природу гравитации на микроуровнях и помочь ученым найти отличия между материей и антиматерией.

Напомним, пока единственное исследование, которое позволило установить возможные несоответствия в природе материи и антиматерии провела международная группа ученых, благодаря экспериментам на Большом адронном коллайдере пару лет назад.

Специалисты проанализировали данные столкновений мельчайших частиц и пришли к выводу, что распад одной из групп элементарных частиц - лямбда-барионов - не соответствует распаду своих античастиц - анти-лямбда-барионов.

Это открытие предстоит подтвердить многочисленными статистическими экспериментами, но если ученые в будущем смогут доказать разное поведение материй - стандартная модель физики рискует подвергнуться серьезным изменениям, а представления о материи и антиматерии во Вселенной придется пересмотреть в целом.


Читайте новый номер журнала НВ

Подписывайтесь на журнал НВ и читайте свежий номер прямо сейчас. Все подписчики также получают доступ к архивным выпускам журнала. Стоимость подписки на три месяца всего 59 гривен.

Подписаться и читать журнал