科学家首次捕捉到反物质“原子”表现出波动性

本文报道了日本东京理科大学团队首次直接观测到正电子素（positronium）束的物质波衍射现象。正电子素是由一个电子和一个正电子组成的电中性、短寿命束缚态系统，质量相等、结构简单，但此前从未在实验中观察到其波动性。研究团队创新性地先制备带负电的正电子素离子，再用精确控制的激光脉冲剥离多余电子，从而产生能量高（最高达3.3 keV）、单色性好、方向性强且相干性高的中性正电子素原子束；该束流穿过2–3层石墨烯薄膜时，因石墨烯原子间距与正电子素的德布罗意波长匹配，产生了清晰的衍射图样。结果表明：尽管正电子素由两个粒子构成，但在衍射过程中整体表现为单一量子客体，电子与正电子不单独衍射，而是作为一个统一波函数协同运动——这强有力地验证了其波粒二象性。该突破不仅首次在正电子素这一轻子-反轻子束缚系统中证实量子干涉，也为未来开展反物质引力实验、无损材料表面分析（尤其适用于绝缘体和磁性材料）等前沿研究奠定了基础。