反物质研究取得突破：发现反质子制成的量子比特！

反物质研究取得突破：发现反质子制成的量子比特！

日内瓦欧洲核子研究组织 (CERN) 的 BASE 合作在反物质研究方面取得了显着突破。第一次可以在两个自旋量子态之间控制单个反质子近一分钟。这项研究发表在著名期刊上 自然 的发表，标志着首次实现由反物质制成的量子比特（qubit）。

反质子与质子具有相同的质量，但具有相反的电荷。这些粒子的自旋就像指向两个方向的微小条形磁铁。精确测量这些粒子的磁矩不仅具有理论意义，而且对于量子测量技术也至关重要。为了实现这一目标，BASE 合作使用“相干自旋量子跃迁光谱”方法来分析反质子的行为。

CPT对称性及其意义

这项研究的背景是测试 CPT 对称性，它是物质与反物质相互作用的核心。 CPT 对称性要求物质和反物质表现相同。尽管存在这种对称性，但可观测的宇宙几乎完全由物质组成，这解释了不对称现象。

BASE 合作成功演示了单个反质子的自旋跃迁，实现了 50 秒的相干时间。这些反质子是在欧洲核子研究中心的反物质工厂（AMF）中产生的，并存储在潘宁陷阱中。近年来，已经取得了重大进展，现在可以更精确地确定反质子的磁矩。

研究观点

一种名为 BASE-STEP 的新系统旨在将反质子传输到精密实验室，以寻求更长的自旋相干时间和更高的测量精度。 BASE 合作成立于 2012 年，由杜塞尔多夫海因里希海涅大学的 Stefan Ulmer 教授博士领导，成员包括国际研究机构，包括 RIKEN、CERN 和马克斯·普朗克研究所。

除了反质子方面的突破性经验外，BASE 科学家还研究了物质和反物质对重力的响应。他们比较了反质子和质子的荷质比，并利用物质和反物质的时钟进行了精确测量。这些实验表明没有发生频率异常，证实了弱等效原理对于两个系统的有效性。

这些进展有助于加深我们对宇宙的理解，并可以为粒子物理学的基本对称定律提供重要线索。比较引力背景下物质和反物质的反应仍然是未来科学的一个关键挑战和一个令人着迷的研究领域。

有关 BASE 合作成果的更多信息，请访问以下网站： 科学在线 和 马克斯·普朗克研究所 读起来。