A kutatók most először tudták elérni, hogy a részecske körülbelül 50 másodpercen keresztül két különböző kvantumspin-állapot között oszcilláljon – ezt az időtartamot spinkoherencia-időnek nevezik.
A szóbanforgó felfedezés komolyan előremozdítja mind az antianyag-kutatást, mind pedig a kvantumérzékelést. Az antiproton – amelynek tömege megegyezik a protonéval, de az elektromos töltése negatív – lényegében egy szubatomi méretű rúdmágnesként viselkedik, ami a kvantumspinje révén kétféle irányba állhat be. Eddig azonban a kutatóknak nem sikerült koherensen irányítaniuk az antianyag ilyen típusú mágneses tulajdonságait.
A BASE csapata most viszont a koherens kvantumátmeneti spektroszkópia nevű technikával sikeresen elérte, hogy egyetlen antiproton spinjét pontosan manipulálni tudják. A folyamatot úgy írták le, mintha egy gyermeket hintáztatnának: minden lökést tökéletesen időzítettek ahhoz, hogy az egyenletes lengés fennmaradjon.
„A legfontosabb az, hogy ez lehetővé teszi számunkra, hogy a jövőbeli kísérletek során 10–100-szoros pontossággal mérjük az antiproton mágneses momentumát” – mondta Dr. Stefan Ulmer, a BASE alapítója és szóvivője.
A kvantumrendszerek közismerten érzékenyek, mivel a környezeti hatások gyorsan dekoherenciát okozhatnak, vagyis megzavarhatják a részecske spinállapotait. A BASE kutatói ezt úgy hidalták át, hogy az antiprotont elektromágneses Penning-csapdákba zárták, és így védték meg a külső mágneses tér ingadozásaitól. Ezután a részecskét egy speciálisan kialakított másik csapdarendszerbe helyezték, ahol a spinállapotok pontosan irányíthatók és megfigyelhetők voltak.
Annak ellenére, hogy a qubit szó kapcsán az ember a kvantumszámítógépekre asszociálna (hiszen a qubitek ennek az alapegységei), ez az antianyagból készült qubit nem fog közvetlenül számításokat végezni – legalábbis egyelőre nem. Ehelyett hatékony eszközként szolgál a CPT-szimmetria vizsgálatára, amely elmélet szerint az anyagnak és antianyagnak minden tulajdonságában azonos módon kell viselkednie. Ha ugyanis bármilyen eltérés mutatkozna, az alapjaiban kérdőjelezheti meg a részecskefizika standard modelljét.
A kutatók a jövőben szeretnék továbbfejleszteni eredményeiket a BASE-STEP rendszer segítségével, amely lehetővé teszi az antiprotonok szállítását egy még nyugodtabb, zavarmentesebb környezetbe. A vezető kutató, Dr. Barbara Latacz szerint ez akár 500 másodpercre is megnövelheti a spinkoherencia idejét, új utakat nyitva az alapkutatások előtt.
(Kép: Az antianyag-csapda az AEgIS kísérletben – ez az egyik azon kísérletek közül, amelyek a CERN antiproton lassítóját használva vizsgálják az antianyagot, forrás: Maximilien Brice és Julien Ordan / CERN)
