科学家刚刚捕捉到了一件从未被见证过的事：一种由物质与反物质组成的奇异"原子"，以波的方式穿过了一片薄如蝉翼的石墨烯。
总书记对李连成说：“我经常到一些贫困地区去，到农村去，我总有一句话，想知道你们还需要些什么？你今天讲的这些，恰恰是广大农民对幸福生活追求的要求，一些已经做成了，一些还在做的过程中，一些是下一步准备要做。”
这项成果由日本东京理科大学的研究团队完成，论文发表于《自然通讯》。它的名字叫正电子素衍射，听起来生涩，但意义极为深远。
正电子素是什么，为什么它如此特殊
要理解这个实验，先得认识正电子素这个怪东西。
它由一个普通电子和一个正电子（电子的反物质伙伴）相互束缚组成，结构上类似氢原子，但氢原子是一个电子围绕一个质子运转，正电子素则是两个质量完全相等的粒子绕着共同质心旋转。这个对称性使它成为检验量子力学和基本物理对称性的理想工具。
正电子素还有一个致命的特点：它存活时间极短。正电子素中的电子和正电子最终会相互湮灭，转化为伽马射线，整个生命周期只有纳秒量级。要在它消失之前捕捉到波动行为，在实验技术上是一件极度苛刻的事。
波粒二象性是量子力学最核心也最反直觉的概念之一。早在1909年，科学家就发现电子在通过双缝时会产生干涉条纹，证明微观粒子具有波的特性。此后，中子、氦原子、乃至由数百个原子组成的大分子，都被观测到了类似的波动行为。然而，正电子素这个由物质与反物质配对构成的"原子"，始终没有人成功捕捉到它的波动性，直到现在。
石墨烯充当了最精密的衍射光栅
东京理科大学教授长岛康之带领的团队，攻克这一难题的方式相当精妙。
他们首先生成带负电荷的正电子素离子，然后用精确控制时间的激光脉冲剥除多余的电子，产生高速、中性、相干的正电子素原子束流，能量最高可达3.3千电子伏特，能量分布极窄，束流方向高度集中。
这束粒子流被瞄准一片两到三层厚的石墨烯薄片。石墨烯是碳原子排列成蜂巢状的单原子层材料，原子间距约为0.246纳米，与实验所用能量下正电子素的德布罗意波长恰好处于同一量级，天然构成了一块精密的衍射光栅。
当正电子素原子穿过石墨烯时，探测器捕捉到了清晰的衍射图样，明暗相间，与经典的波动干涉特征完全吻合。
更关键的是，研究团队确认，正电子素中的电子和正电子并没有分别独立发生衍射，而是以一个整体、单一的量子实体共同表现出波动性。这证明正电子素在量子力学意义上是一个统一的量子对象，而非两个粒子的简单叠加。
长岛康之教授在论文中写道，这一结果"为利用正电子素开展基础物理研究开辟了新的道路"。
引力怎么影响反物质，这个问题终于有了实验路径
这个实验的意义，已经远远超出了量子力学本身。
物理学界长期存在一个悬而未决的基本问题：引力对反物质的作用，与对普通物质完全相同吗？爱因斯坦的广义相对论假设答案是肯定的，但这件事从未被直接测量过。
正电子素由于不带电荷，不受电磁力干扰，理论上是测量引力对反物质作用的理想探针。此前，ALPHA实验组在欧洲核子研究中心对反氢原子的引力响应进行了首次测量，但正电子素这套更简洁的双体系统，提供了一条更直接、更精确的实验路径。
如果未来的正电子素干涉实验能够精确测量引力对它的作用，物理学家就能检验等效原理在反物质领域是否成立。一旦发现偏差，将是标准模型之外新物理的直接信号，其震动程度不亚于当年引力波的首次探测。
这个实验还有一个务实的应用方向。正电子素不带电，不会对被测材料造成扰动，可以用于探测绝缘体和磁性材料的表面结构，这类材料对传统带电粒子束非常敏感，用正电子素则可以绕开这个限制。
一片薄薄的石墨烯，一束寿命以纳秒计的反物质原子配资是否合规，构成了迄今最接近反物质量子行为全貌的实验。物理学家等这一刻，等了数十年。
正配网提示：本文来自互联网，不代表本网站观点。