Физики из Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN) впервые проанализировали частицу антиматерии, изолированную в состоянии квантовой суперпозиции. По мнению специалистов, подобные исследования могут приблизить нас к разгадке одной из величайших тайн Вселенной. Ведь до сих пор ученые не могут объяснить, почему наше мироздание состоит из материи, и не было уничтожено в результате аннигиляции материи и антиматерии сразу после Большого взрыва.
Антиматерия под микроскопом
Группа ученых из коллаборации BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment) провела эксперимент, в ходе которого антипротон — частица антиматерии, являющаяся аналогом протона, — был изолирован и удерживался в состоянии квантовой суперпозиции. Для этого использовалась сложная система электромагнитных ловушек, которые минимизировали внешние воздействия, способные нарушить хрупкое равновесие частицы.
Антипротон находился в состоянии суперпозиции, при котором его спин — внутренняя характеристика частицы, благодаря которой она ведет себя как крошечный магнит, — оставался неопределенным. Ученые наблюдали за колебаниями спина в течение 50 секунд, что стало рекордным временем для подобных экспериментов. Это позволило исследователям создать первый в истории квантовый бит (или кубит) из антиматерии.
Почему это важно
По словам Штефана Ульмера, ведущего физика CERN, главная ценность этого открытия заключается в возможности измерять магнитные моменты антипротонов с беспрецедентной точностью — в 10–100 раз выше, чем это возможно на сегодняшний день. Магнитный момент — это ключевая характеристика частицы, которая описывает, как она взаимодействует с магнитным полем. Сравнение магнитных моментов протонов и антипротонов может помочь выявить фундаментальные различия между материей и антиматерией.
Современные физические теории утверждают, что во время Большого взрыва материя и антиматерия должны были быть созданы в равных количествах. Однако, в таком случае они бы полностью аннигилировали друг друга, и Вселенная, какой мы ее знаем, не могла бы существовать. Факт же ее существования указывает на то, что между материей и антиматерией есть какое-то кардинальное различие, которое пока не удалось обнаружить. Эксперимент BASE направлен на поиск этого различия.
Технологические перспективы
Создание первого квантового бита из антиматерии открывает новые возможности не только для фундаментальной науки, но и для технологий. Квантовые биты являются основой квантовых вычислений — области, которая уже сейчас демонстрирует потенциал для решения задач, недоступных обычным компьютерам. Если удастся стабильно работать с антиматериальными кубитами, это может привести к созданию сверхмощных квантовых компьютеров нового поколения. Кроме того, такие эксперименты помогают совершенствовать методы работы с антиматерией, что может иметь прикладное значение в медицине (например, в позитронно-эмиссионной томографии) и других областях.
Что дальше
Несмотря на достигнутый успех, ученые признают, что впереди еще много работы. Одной из главных задач остается дальнейшее повышение точности измерений свойств антипротонов. Ранее удалось измерить магнитный момент антипротона с точностью до девятого знака после запятой, но даже на этом уровне он оказался идентичным магнитному моменту обычного протона. Возможно, разгадка кроется в более тонких деталях, которые пока остаются за пределами чувствительности современных приборов.
Катастрофа Аральского моря: куда на самом деле оно исчезло
Наполеон в Кремле: что сделали французы во время оккупации Москвы
«Настоящий» Гоцман: кем был прототип главного героя сериала «Ликвидация»