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MADRID, 7 May. (EUROPA PRESS) -
Las ondas de materia constituyen una característica crucial de la mecánica cuántica, en la que las partículas tienen propiedades de onda además de las características de las partículas.
Esta dualidad onda-partícula fue postulada en 1924 por el físico francés Louis de Broglie. La existencia de la propiedad de onda de la materia se ha demostrado con éxito en varios experimentos con electrones y neutrones, así como con materia más compleja, hasta moléculas grandes.
Para la antimateria, la dualidad onda-partícula también ha sido probada a través de experimentos de difracción. Sin embargo, los investigadores de la colaboración QUPLAS ahora han establecido el comportamiento de onda en un experimento de interferencia de un solo positrón (antipartícula al electrón). Los resultados son reportados en Science Advances.
La colaboración científica de QUPLAS incluye investigadores de la Universidad de Berna y de la Universidad y el Politécnico de Milán. Para demostrar la dualidad de onda de positrones individuales, realizaron mediciones con una configuración similar al llamado experimento de doble rendija. Esta configuración fue sugerida por físicos como Albert Einstein y Richard Feynman; a menudo se usa en la teoría cuántica para demostrar la naturaleza ondulatoria de las partículas.
En el experimento, los positrones se dirigieron desde una fuente a un detector sensible a la posición. En el medio, había rejillas con patrones de dos o más rendijas a través de las cuales viajan las partículas. Las partículas que se comportan como partículas viajan en línea recta y producen un patrón que corresponde exactamente a la rejilla. Si las partículas tienen una naturaleza ondulatoria, aparece un patrón de interferencia rayado en el detector que parece diferente de la rejilla. El nuevo patrón es generado por la superposición de las ondas emitidas por la fuente y viajando a través de la rejilla.
Los investigadores pudieron generar un patrón de interferencia de este tipo a partir de ondas de partículas de antimateria individuales. Se obtuvo gracias a un innovador interferómetro Talbot-Lau de aumento de período acoplado a un detector sensible a la posición de la emulsión nuclear.
"Con las emulsiones nucleares, podemos determinar el punto de impacto de los positrones individuales con mucha precisión, lo que nos permitió reconstruir su patrón interferométrico con precisión micrométrica, por lo tanto, a más de una millonésima de metro", explicó Ciro Pistillo, del Laboratorio de Física de Altas Energías (LHEP) y el Centro Albert Einstein (AEC) de la Universidad de Berna.
Esta característica permitió a los investigadores superar las principales limitaciones de los experimentos de antimateria, a saber, el bajo flujo de antipartículas y la complejidad de la manipulación del haz.
"Nuestra observación de la dependencia energética del patrón de interferencia demuestra su origen mecánico-cuántico y, por lo tanto, la naturaleza ondulatoria de los positrones", dice la profesora Paola Scampoli. El éxito del experimento allana el camino hacia un nuevo campo de investigaciones basado en la interferometría antimateria. Un objetivo es, por ejemplo, realizar mediciones de gravedad con átomos exóticos simétricos de materia-antimateria, como el positronio.
Los investigadores esperan probar la validez del principio de equivalencia débil para la antimateria. Este principio se encuentra en la base de la relatividad general y nunca se ha probado con antimateria. Los futuros campos de investigación basados en la interferometría de antimateria podrían proporcionar en el futuro información sobre el desequilibrio de la materia y la antimateria en el universo.
