科學(xué)家首次用反物質(zhì)實(shí)現(xiàn)雙縫干涉,意義重大!

我們高中的時(shí)候知道雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。早先的時(shí)候，托馬斯楊的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)有力地支持了光的波動(dòng)性；現(xiàn)如今，雙縫干涉實(shí)驗(yàn)被用作實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)量子力學(xué)里物質(zhì)的波動(dòng)性和粒子性。雙縫干涉實(shí)驗(yàn)衍生出了各種各樣的變種，成為各大實(shí)驗(yàn)室里的常客，如量子擦除實(shí)驗(yàn)，單獨(dú)粒子干涉實(shí)驗(yàn)等等。

最近，科學(xué)家們又使用反物質(zhì)實(shí)現(xiàn)了雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，完成了反物質(zhì)干涉的第一次觀測(cè)，再次證明了雙縫干涉確實(shí)是量子效應(yīng)造成的。

圖1 實(shí)驗(yàn)原理圖

科學(xué)家們使用Na的同位素beta衰變，得到3eV能量的正電子植入單晶鎢膜上，然后通過(guò)純靜電系統(tǒng)把正電子加速到16keV，隨后通過(guò)兩個(gè)2毫米寬相隔10.2厘米的準(zhǔn)直器，又連續(xù)通過(guò)兩個(gè)硅化氮制作的衍射光柵，可以等效產(chǎn)生大約6μm的周期性干涉條紋。最后使用一種nuclear emulsion detector的探測(cè)器，對(duì)亞微米級(jí)粒子的干涉現(xiàn)象進(jìn)行微米尺度分辨率的觀測(cè)。

科學(xué)家們?cè)谑占?a target="_blank">信號(hào)之后，重構(gòu)出了正電子在通過(guò)兩個(gè)硅化氮光柵后的三位分布（如下圖），結(jié)果是條紋間隔5.85μm，和預(yù)測(cè)值相差無(wú)幾。在重新采用不同的加速度后，得到類似的結(jié)果。

圖2 為正電子分布結(jié)果

圖3 A為不同能量的對(duì)比度分值變化，圖B為四種能量的熱對(duì)比圖

最后，他們通過(guò)分析不同能量的的干涉圖，得到不同能量的德布羅意波長(zhǎng)變化情況（如下圖），按照經(jīng)典理論，它應(yīng)該是不變的，所以只能用量子理論進(jìn)行解釋，進(jìn)一步說(shuō)明雙縫干涉的量子性。

圖4 不同能量下的響應(yīng)度 虛線是經(jīng)典理論預(yù)測(cè)，實(shí)線是量子預(yù)測(cè)，點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)測(cè)量