新實驗指出,反物質也有波粒二象性

作者 | 發布日期 2019 年 05 月 25 日 0:00 | 分類 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


物質不僅有粒子的特性,也有波的特性,而現在我們知道,即使是反物質粒子也成立。

物理學家很早就知道,光和其他形式的能量,還有身體裡每個原子都是以粒子和波的形式存在,稱為波粒二象性,但反物質粒子除了電荷和自旋相反,其他都與正物質同伴相同,這些物質的孿生體通常只存於粒子加速器,且存在時間很短,所以進行實驗困難得多。但現在物理學家已在單個正電子(電子的反物質孿生體)證明,反物質也有波粒二象性。

1924 年,德布羅意提出假說,聲稱所有物質都有類似波動說的屬性,並將物質所有的波長以一條式子表達,3 年後,電子的雙狹縫干涉實驗首次證明,電子既有粒子的特性又有波動的性質。實驗中,科學家發射「一束電子」,當它們穿過有兩個狹縫的薄片,薄片一邊有個探測螢幕,若電子只是粒子,就會在探測螢幕上形成兩道明亮的條紋,但實驗結果顯示具有類似光波的數條干涉條紋,說明電子也有波的特性。1976 年,物理學家利用「一個電子」來演練同樣的效果,證明即使是單個電子也有波的特性。

為了證明正電子也有波的特性,物理學家對著名的「雙狹縫實驗」進行更複雜的改動。5 月 3 日發表於《科學進展》(Science Advances)雜誌的論文,由義大利和瑞士物理學家組成的團隊,找到如何產生低能正電子束的方法,這種正電子束可用來進行反物質版的雙狹縫實驗。當物理學家引導正電子穿過一系列更複雜的多重狹縫(用來過濾成為單個正電子)時,單個正電子落在探測螢幕上的圖案,具有干涉波的特性,而不是粒子性質的單條紋。

接下來,他們希望能回答更複雜的外來物質的波性質等問題,並利用這些結果在非常小的範圍內探測重力的性質。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:pixabay