Le onde di materia costituiscono una caratteristica cruciale della meccanica quantistica, in cui le particelle hanno proprietà ondulatorie oltre alle caratteristiche delle particelle. Questa dualità onda-particella fu postulata nel 1924 dal fisico francese Louis de Broglie. L'esistenza della proprietà ondulatoria della materia è stata dimostrata con successo in numerosi esperimenti con elettroni e neutroni, così come con argomenti più complessi, fino a grandi molecole.

Per l'antimateria, la dualità onda-particella è stata dimostrata anche attraverso esperimenti di diffrazione. Però, i ricercatori della collaborazione QUPLAS hanno ora stabilito il comportamento delle onde in un singolo esperimento di interferenza di positroni (antiparticelle all'elettrone). I risultati sono riportati in Progressi scientifici .

La collaborazione scientifica QUPLAS comprende ricercatori dell'Università di Berna, dell'Università e del Politecnico di Milano. Per dimostrare la dualità d'onda dei singoli positroni, hanno eseguito misurazioni con una configurazione simile al cosiddetto esperimento della doppia fenditura. Questa configurazione è stata suggerita da fisici tra cui Albert Einstein e Richard Feynman; è spesso usato nella teoria quantistica per dimostrare la natura ondulatoria delle particelle.

Nell'esperimento, i positroni sono stati diretti da una sorgente a un rivelatore sensibile alla posizione. Nel mezzo, c'erano reticoli con modelli di due o più fenditure attraverso le quali viaggiano le particelle. Le particelle che si comportano come particelle viaggiano in linea retta e producono uno schema che corrisponde esattamente al reticolo. Se le particelle hanno natura ondulatoria, un modello di interferenza a strisce appare sul rivelatore che appare diverso dal reticolo. Il nuovo pattern è generato dalla sovrapposizione delle onde emesse dalla sorgente e che attraversano il reticolo.

I ricercatori sono stati in grado di generare un tale schema di interferenza da singole onde di particelle di antimateria. È stato ottenuto grazie a un innovativo interferometro Talbot-Lau con ingrandimento del periodo accoppiato a un rivelatore sensibile alla posizione dell'emulsione nucleare. "Con le emulsioni nucleari, siamo in grado di determinare il punto di impatto dei singoli positroni in modo molto preciso, che ci ha permesso di ricostruire il loro schema interferometrico con precisione micrometrica, quindi migliore di un milionesimo di metro, " ha spiegato il dottor Ciro Pistillo del Laboratorio di Fisica delle Alte Energie (LHEP) e dell'Albert Einstein Center (AEC) dell'Università di Berna. Questa caratteristica ha permesso ai ricercatori di superare i principali limiti degli esperimenti con l'antimateria, vale a dire basso flusso di antiparticelle e complessità di manipolazione del fascio.

"La nostra osservazione della dipendenza energetica del modello di interferenza dimostra la sua origine quantomeccanica e quindi la natura ondulatoria dei positroni, " afferma la professoressa Paola Scampoli. Il successo dell'esperimento apre la strada a un nuovo campo di indagine basato sull'interferometria dell'antimateria. Un obiettivo è, Per esempio, per eseguire misure di gravità con atomi simmetrici materia-antimateria esotici come il positronio. I ricercatori sperano di testare la validità del principio di equivalenza debole per l'antimateria. Questo principio è alla base della relatività generale e non è mai stato testato con l'antimateria. I futuri campi di ricerca basati sull'interferometria dell'antimateria potrebbero in futuro fornire informazioni sullo squilibrio tra materia e antimateria nell'universo.