Gjennombrudd i antimaterieforskning: Qubit laget av antiprotoner oppdaget!

Gjennombrudd i antimaterieforskning: Qubit laget av antiprotoner oppdaget!

BASE-samarbeidet ved CERN i Genève har oppnådd et bemerkelsesverdig gjennombrudd innen antimaterieforskning. For første gang kunne et enkelt antiproton kontrolleres mellom to spinnkvantetilstander i nesten ett minutt. Denne studien, publisert i det anerkjente tidsskriftet Natur ble publisert, markerer den første realiseringen av en kvantebit (qubit) laget av antimaterie.

Antiprotoner har samme masse som protoner, men har motsatte elektriske ladninger. Spinnene til disse partiklene oppfører seg som bittesmå stangmagneter som peker i to retninger. Nøyaktig måling av det magnetiske momentet til disse partiklene er ikke bare av teoretisk interesse, men også avgjørende for kvantemålingsteknologi. For å oppnå dette brukte BASE-samarbeidet metoden "koherent spinn kvanteovergangsspektroskopi" for å analysere oppførselen til antiprotonene.

CPT-symmetri og dens betydning

Bakgrunnen for denne forskningen er å teste CPT-symmetri, som er sentralt for materie-antimaterie-interaksjoner. CPT-symmetri krever at materie og antimaterie oppfører seg likt. Til tross for denne symmetrien består det observerbare universet nesten utelukkende av materie, noe som forklarer fenomenet asymmetri.

BASE-samarbeidet demonstrerte med suksess spinnovergangen ved et enkelt antiproton, og oppnådde en koherenstid på 50 sekunder. Disse antiprotonene er laget i CERNs Antimatter Factory (AMF) og lagret i Penning-feller. De siste årene er det gjort betydelige fremskritt slik at det magnetiske momentet til antiprotonet nå kan bestemmes med større presisjon.

Forskningsperspektiver

Et nytt system kalt BASE-STEP er ment å transportere antiprotoner til presisjonslaboratorier hvor det etterstrebes lengre spinnkoherenstider og økt målenøyaktighet. BASE-samarbeidet, grunnlagt i 2012 og ledet av prof. Dr. Stefan Ulmer fra Heinrich Heine University Düsseldorf, inkluderer internasjonale forskningsinstitutter, inkludert RIKEN, CERN og Max Planck Institute.

I tillegg til banebrytende erfaringer med antiprotoner, har BASE-forskere studert responsen til materie og antimaterie på tyngdekraften. De sammenlignet forholdet mellom ladning og masse mellom antiprotoner og protoner og gjorde nøyaktige målinger ved å bruke klokkene til materie og antimaterie. Disse eksperimentene avslørte at ingen frekvensanomalier oppsto, noe som bekrefter gyldigheten av det svake ekvivalensprinsippet for begge systemene.

Denne utviklingen bidrar til å utdype vår forståelse av universet vårt og kan gi viktige ledetråder til de grunnleggende symmetriske lovene i partikkelfysikk. Å sammenligne reaksjonene til materie og antimaterie i sammenheng med tyngdekraften er fortsatt en sentral utfordring og et fascinerende forskningsfelt for fremtidig vitenskap.

Ytterligere informasjon om resultatene av BASE-samarbeidet finnes på nettsiden til Vitenskap på nett og Max Planck-instituttet lese opp.