As ondas de matéria constituem uma característica crucial da mecânica quântica, em que as partículas têm propriedades de onda além das características das partículas. Essa dualidade onda-partícula foi postulada em 1924 pelo físico francês Louis de Broglie. A existência da propriedade de onda da matéria foi demonstrada com sucesso em uma série de experimentos com elétrons e nêutrons, bem como com assuntos mais complexos, até moléculas grandes.

Para antimatéria, a dualidade onda-partícula também foi comprovada por meio de experimentos de difração. Contudo, pesquisadores da colaboração QUPLAS estabeleceram agora o comportamento das ondas em um experimento de interferência de pósitron (antipartícula para o elétron) único. Os resultados são relatados em Avanços da Ciência .

A colaboração científica QUPLAS inclui pesquisadores da Universidade de Berna e da Universidade e Politécnico de Milão. Para demonstrar a dualidade da onda de pósitrons simples, eles realizaram medições com uma configuração semelhante ao chamado experimento de dupla fenda. Essa configuração foi sugerida por físicos, incluindo Albert Einstein e Richard Feynman; é frequentemente usado na teoria quântica para demonstrar a natureza ondulatória das partículas.

No experimento, pósitrons foram direcionados de uma fonte para um detector sensível à posição. Entre, havia grades com padrões de duas ou mais fendas através das quais as partículas viajam. As partículas que se comportam como partículas viajam em linhas retas e produzem um padrão que corresponde exatamente à grade. Se as partículas têm natureza ondulatória, um padrão de interferência listrado aparece no detector que parece diferente da grade. O novo padrão é gerado pela superposição das ondas emitidas pela fonte e que percorrem a grade.

Os pesquisadores foram capazes de gerar esse padrão de interferência a partir de ondas de partícula de antimatéria única. Foi obtido graças a um inovador interferômetro de ampliação de período Talbot-Lau acoplado a um detector de emulsão nuclear sensível à posição. "Com as emulsões nucleares, somos capazes de determinar o ponto de impacto de pósitrons individuais com muita precisão, o que nos permitiu reconstruir seu padrão interferométrico com precisão micrométrica - portanto, melhor do que um milionésimo de metro, "explicou o Dr. Ciro Pistillo, do Laboratório de Física de Altas Energias (LHEP) e do Centro Albert Einstein (AEC) da Universidade de Berna. Esse recurso permitiu aos pesquisadores superar as principais limitações dos experimentos de antimatéria, nomeadamente baixo fluxo de antipartículas e complexidade de manipulação do feixe.

"Nossa observação da dependência energética do padrão de interferência prova sua origem na mecânica quântica e, portanto, a natureza de onda dos pósitrons, ", diz a professora Paola Scampoli. O sucesso do experimento abre caminho para um novo campo de investigações com base na interferometria de antimatéria. Um objetivo é, por exemplo, para realizar medições de gravidade com átomos simétricos de matéria-antimatéria exóticos, como positrônio. Os pesquisadores esperam testar a validade do princípio de equivalência fraca para a antimatéria. Este princípio está na base da relatividade geral e nunca foi testado com antimatéria. Futuros campos de pesquisa baseados em interferometria de antimatéria podem, no futuro, fornecer informações sobre o desequilíbrio da matéria e da antimatéria no universo.