物质不仅有粒子的特性,也有波的特性,而现在我们知道,即使是反物质粒子也成立。
物理学家很早就知道,光和其他形式的能量,还有身体里每个原子都是以粒子和波的形式存在,称为波粒二象性,但反物质粒子除了电荷和自旋相反,其他都与正物质同伴相同,这些物质的孪生体通常只存于粒子加速器,且存在时间很短,所以进行实验困难得多。但现在物理学家已在单个正电子(电子的反物质孪生体)证明,反物质也有波粒二象性。
1924年,德布罗意提出假说,声称所有物质都有类似波动说的属性,并将物质所有的波长以一条式子表达,3年后,电子的双狭缝干涉实验首次证明,电子既有粒子的特性又有波动的性质。实验中,科学家发射“一束电子”,当它们穿过有两个狭缝的薄片,薄片一边有个探测屏幕,若电子只是粒子,就会在探测屏幕上形成两道明亮的条纹,但实验结果显示具有类似光波的数条干涉条纹,说明电子也有波的特性。1976年,物理学家利用“一个电子”来演练同样的效果,证明即使是单个电子也有波的特性。
为了证明正电子也有波的特性,物理学家对著名的“双狭缝实验”进行更复杂的改动。5月3日发布于《科学进展》(Science Advances)杂志的论文,由意大利和瑞士物理学家组成的团队,找到如何产生低能正电子束的方法,这种正电子束可用来进行反物质版的双狭缝实验。当物理学家引导正电子穿过一系列更复杂的多重狭缝(用来过滤成为单个正电子)时,单个正电子落在探测屏幕上的图案,具有干涉波的特性,而不是粒子性质的单条纹。
接下来,他们希望能回答更复杂的外来物质的波性质等问题,并利用这些结果在非常小的范围内探测重力的性质。