反物質(zhì)不僅由反粒子構(gòu)成，它還由波構(gòu)成?，F(xiàn)在我們知道，即使在單個反物質(zhì)粒子的水平上，這也是成立的。物理學(xué)家很早就知道，幾乎所有的東西（光和其他形式的能量，還有你身體里的每一個原子）都是以粒子和波的形式存在的，這是一個被稱為粒子波二象性的概念，這在實驗中一再被證明。

但是反物質(zhì)粒子，除了電荷和自旋相反之外，與它們的物質(zhì)伴侶是相同的，要進(jìn)行實驗就困難得多。

這些物質(zhì)的孿生體通常在巨大粒子加速器中短暫存在。但是現(xiàn)在，物理學(xué)家已經(jīng)在單個正電子(電子的反物質(zhì)孿生體)的水平上證明了反物質(zhì)也是由粒子和波組成。為了證明正電子也是波，物理學(xué)家們對著名的“雙縫實驗”進(jìn)行了更為復(fù)雜的解釋，1927年“雙縫實驗”首次證明了電子既是粒子又是波。在最初的雙縫實驗中，科學(xué)家們發(fā)射了一束電子，穿過一張有兩個狹縫的薄片，薄片的另一邊有一個探測器。如果電子只是粒子，它們就會在探測器上形成兩道明亮的線。

但它們的行為像波，所以它們像光一樣“衍射”，形成了許多明亮和暗淡交替線的展布模式(當(dāng)兩個波重疊但相對移動時，波的波峰和波谷相互抵消或疊加，形成一種獨特的模式，稱為干涉，這類實驗被稱為干涉術(shù))。1976年物理學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了如何用一個電子來演示同樣的效果，證明即使是單個電子也是相互“干擾”的波。物理學(xué)家已經(jīng)證明，當(dāng)把正電子從反射表面彈回來時，它們的行為就像波一樣。但直到現(xiàn)在，還沒有進(jìn)行過雙縫實驗來證明單個正電子具有波的性質(zhì)。

做這樣的實驗為物理學(xué)家提供了機(jī)會，讓他們在比以往任何時候都更深層次上研究反物質(zhì)的行為。現(xiàn)發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)上的研究中，一個由意大利和瑞士物理學(xué)家組成的團(tuán)隊找到了如何產(chǎn)生低能正電子束的方法，這種正電子束可以用來進(jìn)行雙縫實驗的第一個反物質(zhì)版本。當(dāng)物理學(xué)家引導(dǎo)正電子穿過一系列更復(fù)雜的多重狹縫時，正電子落在探測器上的圖案，你會以為是波的圖案，而不是單個粒子的圖案。

這篇論文的作者之一、米蘭理工大學(xué)的物理學(xué)家保拉·斯坎波利(Paola Scampoli)說：我們的觀察......證明了[正電子的]量子力學(xué)起源，因而證明了正電子的波動性質(zhì)這項研究為一種新型的“干涉測量”實驗打開了大門，接下來希望能回答關(guān)于更復(fù)雜物質(zhì)的波性質(zhì)問題，并利用這些結(jié)果在非常小的尺度上探測引力性質(zhì)。

博科園-科學(xué)科普｜文:?Rafi Letzter/Live Science

參考期刊文獻(xiàn):《Science Advances》

DOI: 10.1126/sciadv.aAV7610

博科園-傳遞宇宙科學(xué)之美