Cientistas suíços e italianos confirmaram pela primeira vez que a antimatéria se comporta tanto como antipartícula quanto como onda, mesmo ao nível de uma única partícula.
Os físicos sabem há muito tempo que praticamente tudo – os átomos do seu corpo, a luz e outras formas de energia – existem como partículas e como ondas, um conceito conhecido como dualidade onda-partícula. Mas e as partículas de antimatéria, que são idênticas às de matéria, mas com carga e spin opostos? Elas também se comportam como ambas partícula e onda?
Demorou, mas finalmente descobrimos. É muito mais difícil realizar experimentos com antipartículas, no entanto, uma equipe de físicos europeus conseguiu demonstrar a dualidade onda-partícula no nível de um único pósitron, o gêmeo antimatéria do elétron.
Para mostrar que os pósitrons também são ondas, os físicos realizaram uma versão mais complicada do famoso “experimento da dupla fenda”, que em 1927 mostrou pela primeira vez que os elétrons – uma forma da matéria – são tanto partículas como ondas.
No experimento original, os cientistas dispararam uma corrente de elétrons através de uma folha com duas fendas e um detector do outro lado. Se os elétrons fossem apenas partículas, eles formariam um padrão de duas linhas brilhantes no detector. Se agissem como ondas, “difratariam” como a luz, formando um padrão espalhado de muitas linhas alternadas, umas mais e outras menos brilhantes.
Isso porque, quando duas ondas se sobrepõem, mas são deslocadas uma em relação à outra, seus picos e vales se cancelam ou se somam, criando um padrão distinto conhecido como interferência. Esses tipos de experimentos são conhecidos como interferometria.
Em 1976, os físicos descobriram como demonstrar o mesmo efeito com um elétron de cada vez, provando que até mesmo os elétrons simples são ondas que podem “interferir” entre si.
Desde então, os físicos demonstraram que grupos de pósitrons também se comportam como ondas, mas não haviam conseguido realizar um experimento de dupla fenda com pósitrons individuais até agora. Fazer esse tipo de experimento oferece aos físicos oportunidades de estudar o comportamento da antimatéria em um nível mais profundo do que nunca.
No novo estudo, publicado na Science Advances, a equipe descobriu como gerar um feixe de pósitrons de baixa energia. Quando os físicos direcionaram os pósitrons através de uma série mais complexa de múltiplas fendas, eles caíram no detector em um padrão que você esperaria das ondas, não de partículas individuais.
“Nossa observação prova a origem quântica do pósitron e, portanto, sua natureza ondulatória”, concluiu Paola Scampoli, física do Politécnico de Milão e uma das pesquisadoras do estudo. O trabalho abre as portas para um novo tipo de experimento de “interferometria”.
Agora, os cientistas esperam responder a perguntas sobre a natureza ondulatória da matéria exótica mais complexa e usar esses resultados para investigar a natureza da gravidade em escalas muito pequenas.
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