Materiavågor utgör ett avgörande inslag i kvantmekaniken, där partiklar har vågegenskaper utöver partikelegenskaper. Denna våg-partikeldualitet postulerades 1924 av den franske fysikern Louis de Broglie. Förekomsten av materiens vågegenskap har framgångsrikt demonstrerats i ett antal experiment med elektroner och neutroner, såväl som med mer komplex materia, upp till stora molekyler.

För antimateria, våg-partikeldualiteten har också bevisats genom diffraktionsexperiment. Dock, forskare från QUPLAS-samarbetet har nu etablerat vågbeteende i ett interferensexperiment med en enda positron (antipartikel mot elektronen). Resultaten redovisas i Vetenskapens framsteg .

QUPLAS vetenskapliga samarbete omfattar forskare från universitetet i Bern och från universitetet och Politecnico i Milano. För att demonstrera vågdualiteten hos enstaka positroner, de utförde mätningar med en uppställning liknande det så kallade dubbelslitsexperimentet. Denna inställning föreslogs av fysiker inklusive Albert Einstein och Richard Feynman; det används ofta i kvantteorin för att visa partiklarnas vågnatur.

I experimentet, positroner riktades från en källa till en positionskänslig detektor. Mellan, det fanns galler med mönster av två eller flera slitsar genom vilka partiklarna färdas. Partiklar som beter sig som partiklar färdas i raka linjer och producerar ett mönster som exakt motsvarar gittret. Om partiklarna har en vågnatur, ett randigt interferensmönster visas vid detektorn som ser annorlunda ut än gittret. Det nya mönstret genereras av överlagringen av vågorna som emitteras av källan och färdas genom gittret.

Forskarna kunde generera ett sådant interferensmönster från enskilda antimateriapartikelvågor. Den erhölls tack vare en innovativ periodförstorande Talbot-Lau-interferometer kopplad till en positionskänslig detektor för nukleär emulsion. "Med kärnemulsionerna, vi kan bestämma anslagspunkten för individuella positroner mycket exakt, vilket gjorde det möjligt för oss att rekonstruera deras interferometriska mönster med mikrometrisk noggrannhet - alltså till bättre än en miljondels meter, " förklarade Dr Ciro Pistillo från Laboratory of High Energy Physics (LHEP) och Albert Einstein Center (AEC) vid University of Bern. Denna funktion gjorde det möjligt för forskarna att övervinna de huvudsakliga begränsningarna av antimateriaexperiment, nämligen lågt antipartikelflöde och strålmanipulationskomplexitet.

"Vår observation av interferensmönstrets energiberoende bevisar dess kvantmekaniska ursprung och därmed vågnaturen hos positronerna, " säger professor Paola Sccampoli. Framgången med experimentet banar väg för ett nytt fält av undersökningar baserat på antimateria-interferometri. Ett mål är, till exempel, att utföra gravitationsmätningar med exotiska materia-antimateria symmetriska atomer som positronium. Forskarna hoppas kunna testa giltigheten av den svaga ekvivalensprincipen för antimateria. Denna princip ligger till grund för allmän relativitet och har aldrig testats med antimateria. Framtida forskningsfält baserade på antimateria-interferometri skulle i framtiden kunna ge information om obalansen mellan materia och antimateria i universum.