Genombrott inom antimateriaforskning: Qubit gjord av antiprotoner upptäckt!

Genombrott inom antimateriaforskning: Qubit gjord av antiprotoner upptäckt!

BASE-samarbetet vid CERN i Genève har uppnått ett anmärkningsvärt genombrott inom antimateriaforskning. För första gången kunde en enda antiproton kontrolleras mellan två spinnkvanttillstånd i nästan en minut. Denna studie, publicerad i den berömda tidskriften Natur publicerades, markerar den första realiseringen av en kvantbit (qubit) gjord av antimateria.

Antiprotoner har samma massa som protoner men har motsatta elektriska laddningar. Dessa partiklars spinn beter sig som små stångmagneter som pekar i två riktningar. Att exakt mäta det magnetiska momentet för dessa partiklar är inte bara av teoretiskt intresse, utan också avgörande för kvantmätteknik. För att uppnå detta använde BASE-samarbetet metoden "koherent spin quantum transition spectroscopy" för att analysera antiprotonernas beteende.

CPT-symmetri och dess betydelse

Bakgrunden till denna forskning är att testa CPT-symmetri, vilket är centralt för interaktioner mellan materia och antimateria. CPT-symmetri kräver att materia och antimateria uppför sig lika. Trots denna symmetri är det observerbara universum nästan helt uppbyggt av materia, vilket förklarar fenomenet asymmetri.

BASE-samarbetet visade framgångsrikt spin-övergången vid en enda antiproton, vilket uppnådde en koherenstid på 50 sekunder. Dessa antiprotoner skapas i CERNs antimateriafabrik (AMF) och lagras i Penning-fällor. På senare år har betydande framsteg gjorts så att antiprotonens magnetiska moment nu kan bestämmas med större precision.

Forskningsperspektiv

Ett nytt system kallat BASE-STEP är tänkt att transportera antiprotoner till precisionslaboratorier där man eftersträvar längre spinkoherenstider och ökad mätnoggrannhet. BASE-samarbetet, som grundades 2012 och leddes av Prof. Dr. Stefan Ulmer från Heinrich Heine University Düsseldorf, omfattar internationella forskningsinstitut, inklusive RIKEN, CERN och Max Planck Institute.

Förutom banbrytande erfarenheter av antiprotoner har BASE-forskare studerat materias och antimaterias reaktion på gravitationen. De jämförde förhållandet mellan laddning och massa för antiprotoner och protoner och gjorde exakta mätningar med hjälp av klockorna för materia och antimateria. Dessa experiment avslöjade att inga frekvensanomalier inträffade, vilket bekräftar giltigheten av den svaga ekvivalensprincipen för båda systemen.

Dessa utvecklingar hjälper till att fördjupa vår förståelse av vårt universum och kan ge viktiga ledtrådar till partikelfysikens grundläggande symmetriska lagar. Att jämföra reaktionerna mellan materia och antimateria i samband med gravitation är fortfarande en nyckelutmaning och ett fascinerande forskningsfält för framtida vetenskap.

Mer information om resultatet av BASE-samarbetet finns på hemsidan för Vetenskap online och Max Planck-institutet läsa upp.