Läpimurto antimateriaalitutkimuksessa: antiprotoneista valmistettu Qubit löydetty!

Läpimurto antimateriaalitutkimuksessa: antiprotoneista valmistettu Qubit löydetty!

BASE-yhteistyö CERNissä Genevessä on saavuttanut merkittävän läpimurron antimateriaalitutkimuksessa. Ensimmäistä kertaa yhtä antiprotonia pystyttiin ohjaamaan kahden spin-kvanttitilan välillä lähes minuutin ajan. Tämä tutkimus julkaistiin tunnetussa lehdessä Luonto julkaistiin, merkitsee ensimmäistä kertaa antimateriasta tehdyn kvanttibitin (qubit) toteutumista.

Antiprotoneilla on sama massa kuin protoneilla, mutta niillä on vastakkaiset sähkövaraukset. Näiden hiukkasten spin käyttäytyy kuin pienet sauvamagneetit, jotka osoittavat kahteen suuntaan. Näiden hiukkasten magneettisen momentin tarkka mittaaminen ei ole vain teoreettista mielenkiintoa, vaan myös ratkaisevaa kvanttimittaustekniikan kannalta. Tämän saavuttamiseksi BASE-yhteistyö käytti "koherentin spin-kvanttisiirtymäspektroskopian" menetelmää analysoidakseen antiprotonien käyttäytymistä.

CPT-symmetria ja sen merkitys

Tämän tutkimuksen taustalla on CPT-symmetrian testaus, joka on keskeinen aine-antimateriaali vuorovaikutuksessa. CPT-symmetria vaatii aineen ja antimateriaalin käyttäytyvän samalla tavalla. Tästä symmetriasta huolimatta havaittava maailmankaikkeus koostuu lähes kokonaan aineesta, mikä selittää epäsymmetrian ilmiön.

BASE-yhteistyö osoitti onnistuneesti spin-siirtymän yhdellä antiprotonilla, jolloin saavutettiin 50 sekunnin koherenssiaika. Nämä antiprotonit luodaan CERNin Antimatter Factoryssa (AMF) ja varastoidaan Penningin ansoihin. Viime vuosina on edistytty merkittävästi, jotta antiprotonin magneettinen momentti voidaan nyt määrittää entistä tarkemmin.

Tutkimusnäkökulmat

Uusi järjestelmä nimeltä BASE-STEP on tarkoitettu kuljettamaan antiprotoneja tarkkuuslaboratorioihin, joissa haetaan pidempiä spinkoherenssiaikoja ja parempaa mittaustarkkuutta. Vuonna 2012 perustettu BASE-yhteistyö, jota johtaa professori Dr. Stefan Ulmer Düsseldorfin Heinrich Heine -yliopistosta, sisältää kansainvälisiä tutkimuslaitoksia, kuten RIKEN, CERN ja Max Planck Institute.

Mullistavien antiprotoneista saatujen kokemusten lisäksi BASE:n tutkijat ovat tutkineet aineen ja antiaineen vastetta painovoimaan. He vertasivat antiprotonien ja protonien varaus-massa-suhteita ja tekivät tarkkoja mittauksia käyttämällä aineen ja antiaineen kelloja. Nämä kokeet paljastivat, että taajuuspoikkeamia ei esiintynyt, mikä vahvisti heikon ekvivalenssiperiaatteen pätevyyden molemmissa järjestelmissä.

Nämä kehityssuunnat auttavat syventämään ymmärrystämme maailmankaikkeudesta ja voivat tarjota olennaisia ​​vihjeitä hiukkasfysiikan perussymmetrisistä laeista. Aineen ja antiaineen reaktioiden vertailu painovoiman kontekstissa on edelleen keskeinen haaste ja kiehtova tutkimusala tulevaisuuden tieteelle.

Lisätietoa BASE-yhteistyön tuloksista löytyy nettisivuilta Tiede verkossa ja Max Planck -instituutti lue ylös.