Percée dans la recherche sur l'antimatière : découverte d'un qubit fabriqué à partir d'antiprotons !

Percée dans la recherche sur l'antimatière : découverte d'un qubit fabriqué à partir d'antiprotons !

La collaboration BASE au CERN à Genève a réalisé une percée remarquable dans la recherche sur l'antimatière. Pour la première fois, un seul antiproton a pu être contrôlé entre deux états quantiques de spin pendant près d'une minute. Cette étude, publiée dans la célèbre revue Nature a été publié, marque la première réalisation d'un bit quantique (qubit) constitué d'antimatière.

Les antiprotons ont la même masse que les protons mais ont des charges électriques opposées. Le spin de ces particules se comporte comme de minuscules barres magnétiques pointant dans deux directions. Mesurer avec précision le moment magnétique de ces particules présente non seulement un intérêt théorique, mais également crucial pour la technologie de mesure quantique. Pour y parvenir, la collaboration BASE a utilisé la méthode de « spectroscopie de transition quantique de spin cohérente » pour analyser le comportement des antiprotons.

La symétrie CPT et sa signification

Le contexte de cette recherche est de tester la symétrie CPT, qui est au cœur des interactions matière-antimatière. La symétrie CPT nécessite que la matière et l'antimatière se comportent de manière égale. Malgré cette symétrie, l’univers observable est presque entièrement constitué de matière, ce qui explique le phénomène d’asymétrie.

La collaboration BASE a démontré avec succès la transition de spin sur un seul antiproton, atteignant un temps de cohérence de 50 secondes. Ces antiprotons sont créés dans l'usine à antimatière (AMF) du CERN et stockés dans des pièges de Penning. Ces dernières années, des progrès significatifs ont été réalisés, permettant désormais de déterminer avec une plus grande précision le moment magnétique de l’antiproton.

Perspectives de recherche

Un nouveau système appelé BASE-STEP est destiné à transporter des antiprotons vers des laboratoires de précision où l'on recherche des temps de cohérence de spin plus longs et une précision de mesure accrue. La collaboration BASE, fondée en 2012 et dirigée par le professeur Stefan Ulmer de l'université Heinrich Heine de Düsseldorf, comprend des instituts de recherche internationaux, dont le RIKEN, le CERN et l'Institut Max Planck.

Outre leurs expériences révolutionnaires avec les antiprotons, les scientifiques de BASE ont étudié la réponse de la matière et de l'antimatière à la gravité. Ils ont comparé les rapports charge/masse des antiprotons et des protons et ont effectué des mesures précises en utilisant les horloges de la matière et de l'antimatière. Ces expériences ont révélé qu'aucune anomalie de fréquence ne s'est produite, confirmant la validité du principe d'équivalence faible pour les deux systèmes.

Ces développements contribuent à approfondir notre compréhension de notre univers et pourraient fournir des indices essentiels sur les lois symétriques fondamentales de la physique des particules. Comparer les réactions de la matière et de l’antimatière dans le contexte de la gravité reste un défi majeur et un domaine de recherche fascinant pour la science future.

De plus amples informations sur les résultats de la collaboration BASE sont disponibles sur le site Internet de Science en ligne et Institut Max Planck lire.