El experimento, publicado el 23 de diciembre de 2025 en la revista Nature Communications, representa un avance significativo en la física fundamental al demostrar que el positronio —la partícula más simple compuesta por constituyentes de igual masa— se comporta como una única entidad cuántica.

El equipo liderado por el profesor Yasuyuki Nagashima, junto con el profesor asociado Yugo Nagata y el doctor Riki Mikami del Departamento de Física, logró generar un haz de positronio con suficiente coherencia y variabilidad energética para observar efectos de interferencia, según informa la Universidad de Ciencias de Tokio.

"El positronio es el átomo más simple compuesto de constituyentes de igual masa y, hasta que se autoaniquila, se comporta como un átomo neutro en el vacío. Ahora, por primera vez, hemos observado la interferencia cuántica de un haz de positronio, lo que puede abrir el camino a nuevas investigaciones en física fundamental", explicó el profesor Nagashima.

Para lograr este hito, los científicos desarrollaron un método innovador que consistió en crear primero iones de positronio cargados negativamente, para luego utilizar un pulso láser preciso que eliminaba un electrón extra. Esto produjo un haz rápido, neutro y coherente de átomos de positronio.

El haz fue dirigido hacia un objetivo de grafeno, cuyo espaciado atómico coincide adecuadamente con la longitud de onda de De Broglie del positronio a las energías utilizadas. Cuando los átomos de positronio atravesaron la lámina de grafeno de dos a tres capas, algunos fueron transmitidos y detectados mediante un detector sensible a la posición, revelando un claro patrón de difracción.

Este nuevo método genera haces de positronio con energías más altas, alcanzando hasta 3,3 keV, una dispersión energética mucho más estrecha y una dirección de desplazamiento estrechamente enfocada. Además, el haz puede generarse en condiciones de ultra-alto vacío, lo que mantiene limpia la superficie del grafeno y permite observar claramente los efectos de difracción.

"Este hito experimental revolucionario marca un gran avance en la física fundamental. No solo demuestra la naturaleza ondulatoria del positronio como un sistema leptón-antileptón ligado, sino que también abre caminos para mediciones de precisión que involucran al positronio", señaló el doctor Nagata.

Los resultados demostraron que, a pesar de estar compuesto por dos partículas, el positronio se comporta como un único objeto cuántico, con el electrón y el positrón difractando juntos en lugar de hacerlo independientemente.

Este descubrimiento se suma a una serie de avances recientes en la observación de efectos cuánticos en objetos cada vez más grandes. La dualidad onda-partícula, uno de los principios fundamentales que distinguió a la física cuántica emergente de la física clásica, ha sido demostrada previamente en electrones, neutrones, átomos de helio e incluso moléculas grandes, convirtiendo la difracción de ondas de materia en una piedra angular de la mecánica cuántica.

Más allá de confirmar sus propiedades cuánticas, la difracción del positronio abre la puerta a varias aplicaciones potenciales. Debido a que el positronio es eléctricamente neutro, podría utilizarse para análisis no destructivos y sensibles a la superficie de materiales, incluidos aislantes o superficies magnéticas que perturbarían los haces de partículas cargadas.

A más largo plazo, los experimentos de interferencia con positronio podrían permitir pruebas sensibles de la gravedad utilizando antimateria, un área donde aún no se han realizado mediciones directas, ni siquiera para electrones.

Esta investigación fue apoyada por JSPS KAKENHI (subvenciones números JP25H00620, JP21H04457 y JP17H01074), según informó la Universidad de Ciencias de Tokio.