Міжнародна команда фізиків, яка працює над проєктом BASE у CERN, вперше в історії створила кубіт з антиматерії, використавши антипротон. Це відкриття дозволить глибше дослідити фундаментальні відмінності між матерією та антиматерією і дасть змогу наблизитися до розв’язання однієї з ключових загадок фізики — чому у Всесвіті домінує звичайна речовина.
Про це розповідає ProIT
Антипротон як основа для кубіта антиматерії
Фізикам вдалося утримувати антипротон у стані контрольованого квантового переходу між двома різними рівнями спіну протягом майже 50 секунд. Це досягнення стало можливим завдяки використанню методу когерентної квантової перехідної спектроскопії. Уперше в історії вченим вдалося настільки точно контролювати спін окремої антиматеріальної частинки.
Антипротони мають таку ж масу, як і протони, але відрізняються негативним зарядом і надзвичайно коротким часом існування. Вони здатні орієнтуватися в одному з двох напрямків, подібно до крихітних магнітів, залежно від квантового спіну.
Ключовим поняттям дослідження стала симетрія заряду-парності-часу (CPT), яка передбачає, що частка і античастка мають ідентичні фізичні властивості, зокрема однаково взаємодіють з гравітацією та електромагнітними полями.
“Теоретично, після виникнення Всесвіту, ймовірність утворення антиматерії або звичайних частинок матерії мала бути 50/50. Але з якоїсь причини цього не сталося”.
Розвиток технологій для майбутніх експериментів
Для досягнення стабільності квантових станів вчені використовували пастки Пеннінга, які дозволяють утримувати антипротони ізольовано від впливу зовнішнього середовища та максимально пригнічувати магнітні й електричні перешкоди. Контроль за спіном антипротону порівнюють із підтримкою плавного ритму на гойдалках: кожен імпульс електромагнітного поля був точно розрахований для збереження когерентності частинки.
Раніше вимірювання спінових станів антипротонів проводилися некогерентними методами, через що результати були дуже чутливими до зовнішніх впливів. Застосування нової технології дозволило підтримувати когерентний стан рекордні 50 секунд. Науковці підкреслюють, що це справжній прорив не лише у вивченні антиматерії, а й у розвитку квантових сенсорних технологій.
Отриманий кубіт з антиматерії, на відміну від традиційних кубітів, вже зараз демонструє потенціал у перевірці фундаментальних фізичних законів, зокрема CPT-симетрії. Це дає змогу глибше зрозуміти, чому у Всесвіті переважає саме звичайна матерія, хоча згідно з теорією Великий вибух мав би створити однакову кількість матерії та антиматерії.
Команда BASE вже планує подальші експерименти із системою BASE-STEP, яка дозволить транспортувати антипротони у ще більш захищені від шуму умови. За прогнозами, це дасть змогу збільшити час збереження когерентного стану до 500 секунд, що відкриває нові горизонти для прецизійних фізичних досліджень.
Результати цієї роботи опубліковано у авторитетному науковому журналі Nature.