Przełom w badaniach nad antymaterią: odkryto kubit wykonany z antyprotonów!

Przełom w badaniach nad antymaterią: odkryto kubit wykonany z antyprotonów!

Współpraca BASE w CERN w Genewie osiągnęła niezwykły przełom w badaniach nad antymaterią. Po raz pierwszy pojedynczy antyproton mógł być kontrolowany pomiędzy dwoma stanami kwantowymi spinu przez prawie minutę. Badanie to opublikowano w renomowanym czasopiśmie Natura został opublikowany, oznacza pierwszą realizację bitu kwantowego (kubitu) wykonanego z antymaterii.

Antyprotony mają tę samą masę co protony, ale mają przeciwne ładunki elektryczne. Spin tych cząstek zachowuje się jak maleńkie magnesy sztabkowe skierowane w dwóch kierunkach. Precyzyjny pomiar momentu magnetycznego tych cząstek ma znaczenie nie tylko teoretyczne, ale także kluczowe dla technologii pomiarów kwantowych. Aby to osiągnąć, w ramach współpracy BASE wykorzystano metodę „spektroskopii przejścia kwantowego ze spójnym spinem” do analizy zachowania antyprotonów.

Symetria CPT i jej znaczenie

Tłem tych badań jest przetestowanie symetrii CPT, która ma kluczowe znaczenie dla interakcji materia-antymateria. Symetria CPT wymaga, aby materia i antymateria zachowywały się jednakowo. Pomimo tej symetrii obserwowalny Wszechświat prawie w całości składa się z materii, co wyjaśnia zjawisko asymetrii.

W ramach współpracy BASE z powodzeniem zademonstrowano przejście spinu na pojedynczym antyprotonie, osiągając czas koherencji wynoszący 50 sekund. Te antyprotony powstają w Fabryce Antymaterii (AMF) w CERN i są przechowywane w pułapkach Penninga. W ostatnich latach poczyniono znaczne postępy, dzięki którym moment magnetyczny antyprotonu można obecnie określić z większą precyzją.

Perspektywy badawcze

Nowy system o nazwie BASE-STEP ma za zadanie transportować antyprotony do precyzyjnych laboratoriów, gdzie potrzebne są dłuższe czasy koherencji spinu i zwiększona dokładność pomiaru. Współpraca BASE, założona w 2012 roku i prowadzona przez prof. dr Stefana Ulmera z Uniwersytetu Heinricha Heinego w Düsseldorfie, obejmuje międzynarodowe instytuty badawcze, w tym RIKEN, CERN i Instytut Maxa Plancka.

Oprócz przełomowych doświadczeń z antyprotonami naukowcy z BASE badali reakcję materii i antymaterii na grawitację. Porównali stosunek ładunku do masy antyprotonów i protonów oraz dokonali precyzyjnych pomiarów, korzystając z zegarów materii i antymaterii. Eksperymenty te wykazały, że nie wystąpiły żadne anomalie częstotliwościowe, co potwierdza słuszność zasady słabej równoważności dla obu systemów.

Odkrycia te pomagają pogłębić naszą wiedzę o naszym wszechświecie i mogą dostarczyć istotnych wskazówek dotyczących podstawowych praw symetryczności fizyki cząstek elementarnych. Porównanie reakcji materii i antymaterii w kontekście grawitacji pozostaje kluczowym wyzwaniem i fascynującym polem badań dla przyszłej nauki.

Więcej informacji na temat wyników współpracy BASE można znaleźć na stronie internetowej: Nauka w Internecie I Instytut Maxa Plancka zaznajomić się.