Gennembrud i antistofforskning: Qubit lavet af antiprotoner opdaget!

Gennembrud i antistofforskning: Qubit lavet af antiprotoner opdaget!

BASE-samarbejdet på CERN i Genève har opnået et bemærkelsesværdigt gennembrud inden for antistofforskning. For første gang kunne en enkelt antiproton kontrolleres mellem to spin-kvantetilstande i næsten et minut. Denne undersøgelse, offentliggjort i det anerkendte tidsskrift Natur blev offentliggjort, markerer den første realisering af en kvantebit (qubit) lavet af antistof.

Antiprotoner har samme masse som protoner, men har modsatte elektriske ladninger. Disse partiklers spin opfører sig som små stangmagneter, der peger i to retninger. Netop måling af det magnetiske moment af disse partikler er ikke kun af teoretisk interesse, men også afgørende for kvantemålingsteknologi. For at opnå dette brugte BASE-samarbejdet metoden "kohærent spin quantum transition spectroscopy" til at analysere antiprotonernes adfærd.

CPT-symmetri og dens betydning

Baggrunden for denne forskning er at teste CPT-symmetri, som er central for stof-antistof-interaktioner. CPT-symmetri kræver, at stof og antistof opfører sig ens. På trods af denne symmetri består det observerbare univers næsten udelukkende af stof, hvilket forklarer fænomenet asymmetri.

BASE-samarbejdet demonstrerede med succes spin-overgangen ved en enkelt antiproton, hvilket opnåede en sammenhængstid på 50 sekunder. Disse antiprotoner er skabt i CERNs Antimatter Factory (AMF) og opbevaret i Penning-fælder. I de senere år er der sket betydelige fremskridt, så antiprotonens magnetiske moment nu kan bestemmes med større nøjagtighed.

Forskningsperspektiver

Et nyt system kaldet BASE-STEP er beregnet til at transportere antiprotoner til præcisionslaboratorier, hvor der tilstræbes længere spinkohærenstider og øget målenøjagtighed. BASE-samarbejdet, der blev grundlagt i 2012 og ledet af prof. Dr. Stefan Ulmer fra Heinrich Heine University Düsseldorf, omfatter internationale forskningsinstitutter, herunder RIKEN, CERN og Max Planck Institute.

Ud over banebrydende erfaringer med antiprotoner har BASE-forskere studeret stofs og antistofs reaktion på tyngdekraften. De sammenlignede ladning-til-masse-forholdet mellem antiprotoner og protoner og lavede præcise målinger ved hjælp af stof- og antistof-ure. Disse eksperimenter afslørede, at der ikke opstod nogen frekvensanomalier, hvilket bekræfter gyldigheden af ​​det svage ækvivalensprincip for begge systemer.

Disse udviklinger hjælper med at uddybe vores forståelse af vores univers og kunne give væsentlige ledetråde til partikelfysikkens grundlæggende symmetriske love. At sammenligne reaktionerne mellem stof og antistof i sammenhæng med tyngdekraften er fortsat en nøgleudfordring og et fascinerende forskningsfelt for fremtidig videnskab.

Yderligere information om resultaterne af BASE-samarbejdet kan findes på hjemmesiden for Videnskab online og Max Planck Instituttet læse op.