Doorbraak in antimaterieonderzoek: Qubit gemaakt van antiprotonen ontdekt!

Doorbraak in antimaterieonderzoek: Qubit gemaakt van antiprotonen ontdekt!

De BASE-samenwerking bij CERN in Genève heeft een opmerkelijke doorbraak bereikt in antimaterieonderzoek. Voor het eerst kon een enkel antiproton gedurende bijna een minuut tussen twee spin-kwantumtoestanden worden bestuurd. Deze studie is gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Natuur werd gepubliceerd, markeert de eerste realisatie van een kwantumbit (qubit) gemaakt van antimaterie.

Antiprotonen hebben dezelfde massa als protonen, maar hebben tegengestelde elektrische ladingen. De spin van deze deeltjes gedraagt ​​zich als kleine staafmagneten die in twee richtingen wijzen. Het nauwkeurig meten van het magnetische moment van deze deeltjes is niet alleen van theoretisch belang, maar ook cruciaal voor de kwantummeettechnologie. Om dit te bereiken gebruikte de BASE-samenwerking de methode van “coherente spin-kwantumovergangsspectroscopie” om het gedrag van de antiprotonen te analyseren.

CPT-symmetrie en de betekenis ervan

De achtergrond van dit onderzoek is het testen van CPT-symmetrie, die centraal staat in materie-antimaterie-interacties. CPT-symmetrie vereist dat materie en antimaterie zich gelijk gedragen. Ondanks deze symmetrie bestaat het waarneembare heelal vrijwel geheel uit materie, wat het fenomeen asymmetrie verklaart.

De BASE-samenwerking demonstreerde met succes de spin-overgang bij een enkel antiproton, waarbij een coherentietijd van 50 seconden werd bereikt. Deze antiprotonen worden gemaakt in de Antimateriefabriek (AMF) van CERN en opgeslagen in Penning-vallen. De afgelopen jaren is er aanzienlijke vooruitgang geboekt, zodat het magnetische moment van het antiproton nu met grotere precisie kan worden bepaald.

Onderzoeksperspectieven

Een nieuw systeem genaamd BASE-STEP is bedoeld om antiprotonen naar precisielaboratoria te transporteren waar langere spincoherentietijden en grotere meetnauwkeurigheid worden gezocht. De BASE-samenwerking, opgericht in 2012 en geleid door prof. dr. Stefan Ulmer van de Heinrich Heine Universiteit Düsseldorf, omvat internationale onderzoeksinstituten, waaronder RIKEN, CERN en het Max Planck Instituut.

Naast baanbrekende ervaringen met antiprotonen hebben BASE-wetenschappers de reactie van materie en antimaterie op zwaartekracht bestudeerd. Ze vergeleken de verhoudingen tussen lading en massa van antiprotonen en protonen en voerden nauwkeurige metingen uit met behulp van de klokken van materie en antimaterie. Uit deze experimenten bleek dat er geen frequentieafwijkingen optraden, wat de geldigheid van het zwakke equivalentieprincipe voor beide systemen bevestigde.

Deze ontwikkelingen helpen ons begrip van ons universum te verdiepen en kunnen essentiële aanwijzingen opleveren voor de fundamentele symmetrische wetten van de deeltjesfysica. Het vergelijken van de reacties van materie en antimaterie in de context van de zwaartekracht blijft een belangrijke uitdaging en een fascinerend onderzoeksgebied voor de toekomstige wetenschap.

Meer informatie over de resultaten van de BASE-samenwerking vindt u op de website van Wetenschap online En Max Planck Instituut lees op.