Naukowcy z CERN, w ramach współpracy BASE, po raz pierwszy stworzyli kubit z antyprotonu, utrzymując go w stanie superpozycji przez niemal minutę. To osiągnięcie, opisane w artykule opublikowanym w czasopiśmie "Nature", otwiera nowe możliwości w precyzyjnych testach fundamentalnych symetrii fizycznych.
Antyprotony, posiadające masę równą protonowi, ale ładunek elektryczny przeciwny, zachowują się jak miniaturowe magnesy, których momenty magnetyczne mogą wskazywać w dwóch kierunkach w zależności od ich spinu kwantowego. Mierzenie tych przejść za pomocą techniki zwanej koherentną spektroskopią kwantową pozwala na precyzyjne testy fundamentalnych praw natury, w tym symetrii ładunku-parzystości-czasu (CPT), która zakłada, że materia i antymateria zachowują się identycznie.
W eksperymencie BASE, antyprotony produkowane w fabryce antymaterii CERN są przechowywane w pułapkach elektromagnetycznych Penninga, a następnie wprowadzane do systemu wielopętlowego, gdzie ich stany spinowe są mierzone i manipulowane. Poprzednie badania wykazały, że momenty magnetyczne protonu i antyprotonu są identyczne w granicach kilku części na miliard. Nowe podejście, polegające na koherentnej spektroskopii, pozwoliło na osiągnięcie czasu koherencji spinu antyprotonu wynoszącego 50 sekund.
To przełomowe odkrycie może pomóc w rozwiązaniu jednej z największych zagadek współczesnej fizyki: dlaczego we wszechświecie dominuje materia nad antymaterią. Badanie różnic w zachowaniu się protonów i antyprotonów może rzucić światło na tę asymetrię.
Warto zauważyć, że antymateria znajduje zastosowanie w pozytonowej tomografii emisyjnej (PET), wykorzystywanej w medycynie do wykrywania nowotworów. Odkrycie to wpisuje się w obchody Międzynarodowego Roku Nauki i Technologii Kwantowej, ogłoszonego przez ONZ na rok 2025.
Przyszłe eksperymenty, takie jak BASE-STEP, mają na celu dalsze zwiększenie precyzji pomiarów antyprotonów, poprzez transportowanie ich do środowisk o mniejszym poziomie zakłóceń magnetycznych. Pozwoli to na jeszcze dokładniejsze zbadanie subtelnych różnic między materią a antymaterią, co może doprowadzić do odkrycia nowych praw fizyki.