Áttörés az antianyagkutatásban: felfedezték az antiprotonokból készült Qubitot!

Áttörés az antianyagkutatásban: felfedezték az antiprotonokból készült Qubitot!

A genfi ​​CERN-ben folytatott BASE együttműködés figyelemre méltó áttörést hozott az antianyag-kutatásban. Most először sikerült egyetlen antiprotont két spin-kvantumállapot között csaknem egy percig irányítani. Ez a tanulmány a neves folyóiratban jelent meg Természet megjelent, az antianyagból készült kvantumbit (qubit) első megvalósítását jelenti.

Az antiprotonok tömege megegyezik a protonokkal, de ellentétes elektromos töltésük van. Ezeknek a részecskéknek a forgása apró rúdmágnesekként viselkedik, amelyek két irányba mutatnak. E részecskék mágneses momentumának pontos mérése nem csak elméleti érdekesség, hanem a kvantummérési technológia szempontjából is döntő jelentőségű. Ennek elérése érdekében a BASE együttműködés a „koherens spin-kvantum átmenet spektroszkópia” módszerét alkalmazta az antiprotonok viselkedésének elemzésére.

A CPT szimmetria és jelentése

A kutatás hátterében a CPT szimmetria tesztelése áll, amely központi szerepet játszik az anyag-antianyag kölcsönhatásokban. A CPT szimmetria megköveteli, hogy az anyag és az antianyag egyformán viselkedjen. E szimmetria ellenére a megfigyelhető univerzum szinte teljes egészében anyagból áll, ami megmagyarázza az aszimmetria jelenségét.

A BASE együttműködés sikeresen demonstrálta a spin átmenetet egyetlen antiprotonnál, 50 másodperces koherenciaidőt érve el. Ezeket az antiprotonokat a CERN Antimatter Factory-jában (AMF) hozzák létre, és Penning csapdákban tárolják. Az elmúlt években jelentős előrelépés történt annak érdekében, hogy az antiproton mágneses momentuma ma már nagyobb pontossággal meghatározható.

Kutatási perspektívák

A BASE-STEP nevű új rendszer célja az antiprotonok precíziós laboratóriumokba történő szállítása, ahol hosszabb spin-koherencia időket és nagyobb mérési pontosságot kívánnak elérni. A 2012-ben alapított BASE együttműködés, amelyet Prof. Dr. Stefan Ulmer vezetett a Heinrich Heine Egyetemről, a düsseldorfi egyetemről, nemzetközi kutatóintézeteket foglal magában, köztük a RIKEN-t, a CERN-t és a Max Planck Intézetet.

Az antiprotonokkal kapcsolatos úttörő tapasztalatok mellett a BASE tudósai az anyag és az antianyag gravitációra adott válaszát tanulmányozták. Összehasonlították az antiprotonok és protonok töltés/tömeg arányát, és pontos méréseket végeztek az anyag és az antianyag óráival. Ezek a kísérletek azt mutatták, hogy nem fordult elő frekvencia anomália, ami megerősíti a gyenge ekvivalencia elvének érvényességét mindkét rendszer esetében.

Ezek a fejlemények segítenek elmélyíteni univerzumunk megértését, és alapvető támpontokat adhatnak a részecskefizika alapvető szimmetrikus törvényeihez. Az anyag és az antianyag reakcióinak összehasonlítása a gravitáció összefüggésében továbbra is kulcsfontosságú kihívás és lenyűgöző kutatási terület a jövő tudománya számára.

A BASE együttműködés eredményeiről további információ a honlapon található Science Online és Max Planck Intézet olvass fel.