Nella foto: Barbara Latacz, fisica e prima autrice dello studio pubblicato la scorsa settimana su Nature
Ottenuta dalla collaborazione Base e riportata la scorsa settimana su Nature, la dimostrazione del primo bit quantistico di antimateria – lo spin di un antiprotone, mantenuto in uno stato di coerenza quantistica per circa un minuto – apre la strada a un notevole miglioramento nei test di verifica delle simmetrie fondamentali della natura
Quali proprietà hanno in comune, materia e antimateria? E quanto sono identiche le proprietà in comune? Per rispondere, i fisici hanno ideato e messo in pratica numerosi esperimenti, per esempio quello per verificare fino a che punto materia e antimateria rispondono allo stesso modo alla gravità. È su questo filone che s’inserisce un nuovo risultato sperimentale ottenuto al Cern dai ricercatori della collaborazione Base: hanno creato un quantum bit di antimateria. Un “anti-qubit”.
In termini più tecnici il risultato ottenuto, guidato da Barbara Latacz e riportato la settimana scorsa su Nature, è che si è riusciti a mantenere un singolo antiprotone – la controparte d’antimateria del protone – in oscillazione regolare tra due diversi stati quantistici per quasi un minuto. Questo minuto – 50,2 secondi, per l’esattezza – è il cosiddetto tempo di coerenza, ovvero il tempo per il quale è stato possibile preservare la coerenza del sistema quantistico – in questo caso, lo spin dell’antiprotone “intrappolato”.
Le particelle hanno caratteristiche quantistiche che sfidano il nostro senso comune, come la caratteristica di interferire con sé stesse, come dimostrato nell’esperimento della doppia fenditura. Le interazioni con l’ambiente circostante possono sopprimere rapidamente questi effetti di interferenza attraverso un processo noto come decoerenza quantistica. Preservare la coerenza è essenziale per controllare e tracciare l’evoluzione dei sistemi quantistici, come in questo caso le transizioni tra gli stati di spin di un singolo antiprotone.
Sebbene transizioni quantistiche coerenti siano state osservate in precedenza in grandi insiemi di particelle e ioni intrappolati, non erano mai state osservate per un singolo antiprotone, come invece è ora riuscita a fare la collaborazione Base al Cern con l’impresa che dà il titolo all’articolo pubblicato su Nature: spettroscopia di transizione quantistica coerente dello spin di un singolo antiprotone.
«Questo rappresenta il primo qubit di antimateria e apre alla possibilità di applicare un’intera serie di metodi di spettroscopia coerente in esperimenti di precisione con sistemi di materia e antimateria singoli», spiega Stefan Ulmer, coautore dell’articolo e portavoce di Base. “Ma, soprattutto, aiuterà Base a compiere misure del momento dell’antiprotone in esperimenti futuri con una precisione da dieci a cento volte maggiore». Consentendo così di migliorare di un ordine di grandezza la precisione nei test di simmetria Cpt – carica, parità e tempo – nei barioni. Test volti, appunto, a stabilire se materia e antimateria si comportano in modo identico o se, al contrario, emerge qualche asimmetria che possa spiegare, per esempio, perché viviamo in un universo fatto pressoché esclusivamente di materia.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature l’articolo “Coherent spectroscopy with a single antiproton spin”, di M. Latacz, S. R. Erlewein, M. Fleck, J. I. Jäger, F. Abbass, B. P. Arndt, P. Geissler, T. Imamura, M. Leonhardt, P. Micke, A. Mooser, D. Schweitzer, F. Voelksen, E. Wursten, H. Yildiz, K. Blaum, J. A. Devlin, Y. Matsuda, C. Ospelkaus, W. Quint, A. Soter, J. Walz, Y. Yamazaki, C. Smorra & S. Ulmer
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