Wissenschaftler der BASE-Kollaboration am CERN haben einen bedeutenden Fortschritt in der Antimaterieforschung erzielt: Sie haben erstmals ein einzelnes Antiproton in einem Magnetfeld kontrolliert zwischen zwei Spin-Zuständen oszillieren lassen. Diese Leistung, veröffentlicht in der Fachzeitschrift Nature, markiert die erste Demonstration eines Antimaterie-Quantenbits (Qubit) und ebnet den Weg für präzisere Vergleiche zwischen Materie und Antimaterie.
Antiprotonen, die gleiche Masse wie Protonen besitzen, jedoch eine entgegengesetzte elektrische Ladung, verhalten sich wie winzige Magneten, deren Orientierung von ihrem quantenmechanischen Spin abhängt. Die Fähigkeit, diese Spins präzise zu kontrollieren, ist entscheidend für Tests fundamentaler physikalischer Symmetrien, wie der Ladungs-Paritäts-Zeit-Symmetrie (CPT-Symmetrie), die besagt, dass Materie und Antimaterie identisch reagieren sollten. Abweichungen könnten auf neue Physik jenseits des Standardmodells hindeuten.
Die BASE-Kollaboration hat ein System von elektromagnetischen Fallen entwickelt, um Antiprotonen zu isolieren und ihre Spins über einen Zeitraum von 50 Sekunden stabil zu halten. Diese Präzision ermöglicht es, die magnetischen Momente von Protonen und Antiprotonen mit bisher unerreichter Genauigkeit zu vergleichen. Solche Messungen könnten dazu beitragen, das Verständnis der fundamentalen Symmetrien des Universums zu vertiefen.
Obwohl Antimaterie-Quantenbits theoretisch für Quantencomputer genutzt werden könnten, liegt der Hauptnutzen dieser Entdeckung in der Grundlagenforschung. Sie eröffnet neue Möglichkeiten, die Eigenschaften von Antimaterie zu untersuchen und potenzielle Unterschiede zwischen Materie und Antimaterie zu identifizieren, die zur Erklärung der beobachteten Dominanz von Materie im Universum beitragen könnten.
Die Fortschritte der BASE-Kollaboration könnten langfristig zu einer besseren Kontrolle und Manipulation von Antimaterie führen, was nicht nur für die Grundlagenforschung, sondern auch für zukünftige Anwendungen in der Quanteninformationstechnologie von Bedeutung sein könnte.