اختراق في أبحاث المادة المضادة: اكتشاف الكيوبت المصنوع من البروتونات المضادة!

اختراق في أبحاث المادة المضادة: اكتشاف الكيوبت المصنوع من البروتونات المضادة!

حقق تعاون BASE في CERN في جنيف تقدمًا ملحوظًا في أبحاث المادة المضادة. ولأول مرة، يمكن التحكم في بروتون مضاد واحد بين حالتين كميتين مغزليتين لمدة دقيقة تقريبًا. هذه الدراسة نشرت في المجلة الشهيرة طبيعة تم نشره، وهو يمثل أول اكتشاف للبت الكمومي (qubit) المصنوع من المادة المضادة.

البروتونات المضادة لها نفس كتلة البروتونات ولكن لها شحنات كهربائية معاكسة. يتصرف دوران هذه الجسيمات كقضبان مغناطيسية صغيرة تشير في اتجاهين. لا يعد قياس العزم المغناطيسي لهذه الجسيمات بدقة أمرًا ذا أهمية نظرية فحسب، بل إنه أيضًا أمر بالغ الأهمية لتكنولوجيا القياس الكمي. ولتحقيق ذلك، استخدم تعاون BASE طريقة "التحليل الطيفي للانتقال الكمي المتماسك" لتحليل سلوك البروتونات المضادة.

تناظر CPT ومعناه

خلفية هذا البحث هي اختبار تناظر CPT، وهو أمر أساسي في تفاعلات المادة والمادة المضادة. يتطلب تناظر CPT أن تتصرف المادة والمادة المضادة بشكل متساوٍ. وعلى الرغم من هذا التناظر، فإن الكون المرئي يتكون بالكامل تقريبًا من المادة، وهو ما يفسر ظاهرة عدم التماثل.

أثبت تعاون BASE بنجاح انتقال الدوران عند بروتون مضاد واحد، محققًا زمن تماسك قدره 50 ثانية. يتم إنشاء هذه البروتونات المضادة في مصنع المادة المضادة (AMF) التابع لـ CERN ويتم تخزينها في مصائد الكتابة. في السنوات الأخيرة، تم إحراز تقدم كبير بحيث يمكن الآن تحديد العزم المغناطيسي للبروتون المضاد بدقة أكبر.

وجهات النظر البحثية

يهدف نظام جديد يسمى BASE-STEP إلى نقل البروتونات المضادة إلى مختبرات دقيقة حيث يتم البحث عن أوقات تماسك دوران أطول وزيادة دقة القياس. يضم تعاون BASE، الذي تأسس عام 2012 بقيادة البروفيسور الدكتور ستيفان أولمر من جامعة هاينريش هاينه دوسلدورف، معاهد بحثية دولية، بما في ذلك RIKEN وCERN ومعهد ماكس بلانك.

بالإضافة إلى التجارب الرائدة مع البروتونات المضادة، قام علماء BASE بدراسة استجابة المادة والمادة المضادة للجاذبية. وقاموا بمقارنة نسب الشحنة إلى الكتلة للبروتونات المضادة والبروتونات وقاموا بإجراء قياسات دقيقة باستخدام ساعات المادة والمادة المضادة. وأظهرت هذه التجارب عدم حدوث أي شذوذ في التردد، مما يؤكد صحة مبدأ التكافؤ الضعيف لكلا النظامين.

تساعد هذه التطورات على تعميق فهمنا لكوننا ويمكن أن توفر أدلة أساسية للقوانين المتناظرة الأساسية لفيزياء الجسيمات. تظل مقارنة تفاعلات المادة والمادة المضادة في سياق الجاذبية تحديًا رئيسيًا ومجالًا رائعًا للبحث في علوم المستقبل.

يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول نتائج تعاون BASE على الموقع الإلكتروني لـ العلوم على الانترنت و معهد ماكس بلانك اقرأ.