Pierwszy w historii kwantowy bit – czyli kubit – wykonany z antymaterii został właśnie zarejestrowany przez naukowców z CERN. To wydarzenie może na zawsze zmienić nasze rozumienie Wszechświata i przyczynić się do odpowiedzi na pytanie: dlaczego w ogóle istniejemy?
Zespół badawczy projektu BASE w CERN ogłosił, że udało im się utrzymać pojedynczy antyproton w superpozycji – jednym z najbardziej delikatnych i nieuchwytnych stanów kwantowych – przez aż 50 sekund. To pierwszy raz, kiedy antymateria została wykorzystana w taki sposób, otwierając drzwi do nowego rozdziału w fizyce cząstek i technologii kwantowej.
Czym jest kubit z antymaterii?
W klasycznym komputerze informacja jest przechowywana w bitach – zerach i jedynkach. W komputerze kwantowym zamiast tego używa się kubitów, które mogą istnieć w stanie 0, 1 lub obu naraz (czyli w tzw. superpozycji).
Do tej pory wszystkie kubity tworzone były z cząstek zwykłej materii. Teraz po raz pierwszy udało się stworzyć kubit z antyprotonu – cząstki identycznej z protonem, ale o przeciwnym ładunku.
W eksperymencie antyproton został umieszczony w specjalnie przygotowanym polu elektromagnetycznym, w całkowitej izolacji od zakłóceń. Dzięki temu naukowcy mogli śledzić jego zachowanie w stanie kwantowego rozmycia, zwanym stanem spinowym.
Dlaczego to przełom?
Eksperyment BASE jest częścią szeroko zakrojonych badań, których celem jest znalezienie różnic między materią a antymaterią. Według obecnych teorii, obie formy powinny powstać w równych ilościach podczas Wielkiego Wybuchu, a następnie wzajemnie się unicestwić. Tymczasem istnieje widoczna asymetria – we Wszechświecie dominuje materia.
Stworzenie pierwszego kubitowego stanu z antymaterii daje naukowcom potężne narzędzie do pomiaru subtelnych różnic między protonami i antyprotonami. To może w przyszłości pomóc wyjaśnić, dlaczego Wszechświat przetrwał i dlaczego my w ogóle istniejemy.
Eksperyment pod kontrolą: jak to zrobiono?
Użyto systemu pułapek elektromagnetycznych zwanych pułapkami Penninga, które utrzymują pojedyncze antyprotony w miejscu, eliminując kontakt z otoczeniem. Dzięki minimalizacji zakłóceń udało się utrzymać stan kwantowy antyprotonu przez rekordowy czas.
Zespół kierowany przez dr. Stefana Ulmera i dr Barbarę Latacz planuje kolejne kroki – w tym zastosowanie nowego systemu transportu antymaterii o nazwie BASE-STEP, który umożliwi przenoszenie antyprotonów do bardziej zaawansowanych laboratoriów.
Co dalej? Cichy szept Wszechświata
Nowy system eksperymentalny może wydłużyć czas spójności kwantowej dziesięciokrotnie, co pozwoli na jeszcze dokładniejsze badania. Jeśli rzeczywiście istnieje nieznana asymetria między materią a antymaterią, to właśnie takie eksperymenty mogą ją ujawnić.
Być może jesteśmy blisko jednego z największych odkryć w historii fizyki – odpowiedzi na pytanie, dlaczego Wszechświat jest taki, jaki jest, i dlaczego nie został unicestwiony miliardy lat temu przez antymaterię.
Nagłe zmiany na Antarktydzie: sygnał ostrzegawczy dla całego świata