Ανακάλυψη στην έρευνα κατά της ύλης: Ανακαλύφθηκε το Qubit κατασκευασμένο από αντιπρωτόνια!

Ανακάλυψη στην έρευνα κατά της ύλης: Ανακαλύφθηκε το Qubit κατασκευασμένο από αντιπρωτόνια!

Η συνεργασία BASE στο CERN στη Γενεύη πέτυχε μια αξιοσημείωτη ανακάλυψη στην έρευνα κατά της ύλης. Για πρώτη φορά, ένα μόνο αντιπρωτόνιο μπορούσε να ελεγχθεί μεταξύ δύο κβαντικών καταστάσεων σπιν για σχεδόν ένα λεπτό. Η μελέτη αυτή δημοσιεύτηκε στο φημισμένο περιοδικό Φύση δημοσιεύτηκε, σηματοδοτεί την πρώτη υλοποίηση ενός κβαντικού bit (qubit) κατασκευασμένου από αντιύλη.

Τα αντιπρωτόνια έχουν την ίδια μάζα με τα πρωτόνια αλλά έχουν αντίθετα ηλεκτρικά φορτία. Το σπιν αυτών των σωματιδίων συμπεριφέρεται σαν μικροσκοπικοί μαγνήτες ράβδων που δείχνουν προς δύο κατευθύνσεις. Η ακριβής μέτρηση της μαγνητικής ροπής αυτών των σωματιδίων δεν είναι μόνο θεωρητικού ενδιαφέροντος, αλλά και κρίσιμης σημασίας για την τεχνολογία κβαντικών μετρήσεων. Για να επιτευχθεί αυτό, η συνεργασία BASE χρησιμοποίησε τη μέθοδο της «φασματοσκοπίας κβαντικής μετάπτωσης συνεκτικής σπιν» για να αναλύσει τη συμπεριφορά των αντιπρωτονίων.

Η συμμετρία CPT και η σημασία της

Το υπόβαθρο αυτής της έρευνας είναι η δοκιμή συμμετρίας CPT, η οποία είναι κεντρική στις αλληλεπιδράσεις ύλης-αντιύλης. Η συμμετρία CPT απαιτεί την ίση συμπεριφορά της ύλης και της αντιύλης. Παρά αυτή τη συμμετρία, το παρατηρήσιμο σύμπαν αποτελείται σχεδόν εξ ολοκλήρου από ύλη, γεγονός που εξηγεί το φαινόμενο της ασυμμετρίας.

Η συνεργασία BASE έδειξε με επιτυχία τη μετάβαση του σπιν σε ένα μόνο αντιπρωτόνιο, επιτυγχάνοντας χρόνο συνοχής 50 δευτερολέπτων. Αυτά τα αντιπρωτόνια δημιουργούνται στο εργοστάσιο αντιύλης (AMF) του CERN και αποθηκεύονται σε παγίδες Penning. Τα τελευταία χρόνια έχει σημειωθεί σημαντική πρόοδος ώστε η μαγνητική ροπή του αντιπρωτονίου να μπορεί πλέον να προσδιοριστεί με μεγαλύτερη ακρίβεια.

Προοπτικές έρευνας

Ένα νέο σύστημα που ονομάζεται BASE-STEP προορίζεται να μεταφέρει αντιπρωτόνια σε εργαστήρια ακριβείας όπου επιδιώκονται μεγαλύτεροι χρόνοι συνοχής στυψίματος και αυξημένη ακρίβεια μέτρησης. Η συνεργασία BASE, που ιδρύθηκε το 2012 και με επικεφαλής τον Καθ. Δρ.

Εκτός από τις πρωτοποριακές εμπειρίες με τα αντιπρωτόνια, οι επιστήμονες της BASE έχουν μελετήσει την απόκριση της ύλης και της αντιύλης στη βαρύτητα. Συνέκριναν τις αναλογίες φορτίου προς μάζα αντιπρωτονίων και πρωτονίων και έκαναν ακριβείς μετρήσεις χρησιμοποιώντας τα ρολόγια της ύλης και της αντιύλης. Αυτά τα πειράματα αποκάλυψαν ότι δεν εμφανίστηκαν ανωμαλίες συχνότητας, επιβεβαιώνοντας την εγκυρότητα της αρχής της ασθενής ισοδυναμίας και για τα δύο συστήματα.

Αυτές οι εξελίξεις βοηθούν στην εμβάθυνση της κατανόησής μας για το σύμπαν μας και θα μπορούσαν να παρέχουν ουσιαστικές ενδείξεις για τους θεμελιώδεις συμμετρικούς νόμους της φυσικής των σωματιδίων. Η σύγκριση των αντιδράσεων της ύλης και της αντιύλης στο πλαίσιο της βαρύτητας παραμένει μια βασική πρόκληση και ένα συναρπαστικό πεδίο έρευνας για τη μελλοντική επιστήμη.

Περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τα αποτελέσματα της συνεργασίας BASE μπορείτε να βρείτε στον ιστότοπο του Science Online και Ινστιτούτο Μαξ Πλανκ διαβάστε.