Ученые создали квантовый бит из антиматерии: новый шаг к разгадке тайн Вселенной
Физики из CERN впервые проанализировали частицу антиматерии, изолированную в квантовом состоянии суперпозиции. Этот прорыв не только открывает новые технологические перспективы, но и может помочь ученым понять, почему наша Вселенная состоит из материи, а не была уничтожена в результате аннигиляции с антиматерией вскоре после Большого взрыва.
Экспериментальные условия
Команда исследователей из коллаборации BASE удерживала антипротон — аналог протона в антиматерии — в системе электромагнитных ловушек, минимизируя внешние воздействия, которые могли бы нарушить его хрупкое квантовое состояние. В течение 50 секунд ученые наблюдали за колебаниями частицы, находящейся в неопределенном состоянии спина.
Результаты исследования
“Это первый в истории квантовый бит из антиматерии”, — заявил физик CERN Штефан Ульмер. По его словам, главное значение этого достижения заключается в возможности в будущем измерять магнитные моменты антипротонов с точностью, в 10–100 раз превышающей текущие показатели.
Согласно современным физическим моделям, Большой взрыв должен был создать равное количество материи и антиматерии, которые затем полностью уничтожили бы друг друга. Однако факт существования нашей Вселенной указывает на то, что между ними есть какое-то фундаментальное различие, пока не обнаруженное наукой.
Эксперимент BASE направлен на поиск этой разницы путем сравнения свойств протонов и антипротонов, в частности их спинов — внутренних характеристик, благодаря которым частицы ведут себя как микроскопические магниты. Ранее ученым удалось измерить магнитный момент антипротона с точностью до 1,5 частей на миллиард, но даже на этом уровне он остается идентичным моменту обычного протона.
Одна из ключевых проблем заключается в том, что квантовые состояния крайне чувствительны к внешним помехам. Ученые модернизировали установку BASE, чтобы изолировать антипротоны от шумов и продлить время их пребывания в суперпозиции до рекордных 50 секунд.
В будущем этот показатель может быть увеличен благодаря новой системе транспортировки антиматерии BASE-STEP, разрабатываемой в CERN. Она позволит перемещать антипротоны в специализированные лаборатории с минимальным уровнем помех, что значительно повысит точность измерений.
“Когда наша новая система станет полностью работоспособной, время когерентности спинов может увеличиться в десять раз по сравнению с текущими экспериментами, что станет настоящим прорывом в исследовании антиматерии”, — отметила физик CERN Барбара Латач.
Заключение
Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature, открывают новые горизонты в понимании процессов, которые привели к формированию современной структуры космоса. Эти данные помогут ученым лучше понять, как развивалась Вселенная после Большого взрыва и какие механизмы способствовали образованию звезд и галактик.