Први пут у суперпозицији измерена честица антиматерије, да ли ћемо коначно добити одговор на питање: Зашто постојимо?

Истраживачки тим, који је студију објавио у часопису Нејчер, заробио је антипротон (антиматеријски парњак протона) у систему електромагнетних замки и сузбио утицај спољне средине која би могла нарушити осетљиво квантно стање честице.

Док се антипротон налазио у неодређеном стању својства званог спин, честица је пажљиво подстакнута на осцилацију и мерена у периоду од 50 секунди.

„Ово представља први кубит од антиматерије. Најважније је што ће нам ово омогућити да у будућим експериментима меримо момент антипротона са 10 до 100 пута већом прецизношћу“, изјавио је Стефан Улмер, физичар из BASE сарадње у Церну.

Будући експерименти могли би открити више разлика између материје и антиматерије, што би, заузврат, могло дати одговор на фундаментално питање: Како смо преживели „апокалипсу антиматерије“ која је, према постојећим физичким моделима, требало да уништи сву материју пре милијарди година?

Једноставно речено, теоријски не би требало да постоји разлика између материје и антиматерије, осим што честице имају супротан наелектрисани набој у односу на своје парњаке. Да је то заиста тако, Велики прасак би створио једнаке количине и једне и друге – које би се убрзо поништили међусобним уништењем, остављајући универзум потпуно празним.

Чињеница да уопште постојимо указује на то да физика мора на неки други начин да третира материју и антиматерију. Разни експерименти већ су почели да откривају трагове ове асиметрије, али степен до сада откривених разлика и даље није довољан да објасни зашто материја преовладава.

Експеримент BASE у Церну тражи ту разлику упоређујући како се стања спина понашају код протона и антипротона под сличним условима. Спин је унутрашње својство субатомских честица због ког се понашају као сићушни магнети.

Претходне фазе експеримента измериле су магнетни момент антипротона са прецизношћу од 1,5 делова на милијарду. Ипак, и на том нивоу, он остаје идентичан оном код обичног протона.

Део проблема је у томе што су квантна стања изузетно осетљива на сметње из околине, па је тешко задржати антипротоне у стању суперпозиције довољно дуго за детаљна испитивања.

Експеримент је сада прошао кроз низ надоградњи како би елиминисао „шум“ из позадине, изоловао честице и омогућио им да остају у квантној „магли“ рекордних 50 секунди.

А тај временски оквир ускоро би могао бити још дужи. Антиматерију је иначе веома тешко транспортовати далеко од места настанка – ако додирне било који предмет од обичне материје, одмах ће нестати.

Церн тренутно тестира нови систем за транспорт антиматерије, назван BASE-STEP, који би на крају могао омогућити премештање ових честица у специјализоване лабораторије са готово потпуним уклањањем спољне сметње.

Управо у тим ултра-тихим експериментима могли бисмо коначно да чујемо „шапат“ одговора на једно од најдубљих питања физике.

„Када наш нови офлајн систем Пенинг замки постане у потпуности оперативан – напајан антипротонима које ће BASE-STEP транспортовати – могли бисмо достићи временске оквире кохерентности спина и до десет пута дуже него у садашњим експериментима, што ће бити прекретница за истраживање барионске антиматерије“, рекла је физичарка Барбара Латац из Церна.