第一個由反物質(zhì)制成的量子位在物理學(xué)突破中被捕獲
歐洲核子研究組織的科學(xué)家分析了反物質(zhì)首次以稱為疊加的未決定量子態(tài)隔離。
雖然普通物質(zhì)的量子行為已被廣泛研究,甚至被用作量子計(jì)算機(jī)在量子比特的形式,這一突破遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了技術(shù)應(yīng)用,有可能幫助物理學(xué)家理解我們今天存在的原因。
該團(tuán)隊(duì)將反質(zhì)子(質(zhì)子的反物質(zhì)對應(yīng)物)懸浮在電磁阱系統(tǒng)中,并抑制了會擾亂粒子微妙量子態(tài)的環(huán)境干擾。
在稱為自旋的特性的未確定模糊中,粒子被小心地設(shè)置為振蕩并在 50 秒內(nèi)進(jìn)行測量。
相關(guān):物理學(xué)家首次測量了反物質(zhì)在重力作用下落下
“這代表了第一個反物質(zhì)量子比特,”斯特凡·烏爾默說,一位與 CERN 的 BASE 合作的物理學(xué)家?!白钪匾氖牵鼘椭?BASE 在未來的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行反質(zhì)子矩測量,精度提高 10 到 100 倍?!?/p>
這些未來的實(shí)驗(yàn)可以幫助揭示物質(zhì)和反物質(zhì)之間的更多差異,這反過來又可以回答我們?nèi)绾卧?a>反物質(zhì)啟示錄根據(jù)目前的物理模型,這應(yīng)該在數(shù)十億年前消滅了所有物質(zhì)。
簡單來說,理論上物質(zhì)和反物質(zhì)之間應(yīng)該沒有區(qū)別,只是粒子與各自的對應(yīng)物具有相反的電荷。但是,如果是這樣的話,大爆炸應(yīng)該以相等的數(shù)量創(chuàng)建兩者,這會很快相互抵消,現(xiàn)在讓宇宙成為一個非??諘绲牡胤健?/p>
我們在這里思考這個問題的事實(shí)表明,物理學(xué)在其他方面也必須以不同的方式對待物質(zhì)和反物質(zhì)。各種實(shí)驗(yàn)已經(jīng)開始被發(fā)現(xiàn)這種不對稱的線索,但迄今為止發(fā)現(xiàn)的差異程度仍然無法解釋差異。
歐洲核子研究中心的 BASE 實(shí)驗(yàn)正在通過比較質(zhì)子和反質(zhì)子的自旋態(tài)在相似條件下的行為來尋找質(zhì)子和反質(zhì)子的差異。自旋是亞原子粒子的內(nèi)在特性,使它們像微小的磁鐵一樣發(fā)揮作用。
以前的 BASE 運(yùn)行已測量反質(zhì)子的磁矩,精度為十億分之 1.5.但令人沮喪的是,即使在那個水平上,它仍然與普通質(zhì)子保持一致。
部分問題在于量子態(tài)對周圍環(huán)境的干擾非常敏感,因此很難將反質(zhì)子保持在疊加狀態(tài)足夠長的時間以仔細(xì)研究其性質(zhì)。
BASE 現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)行了一系列升級,以抑制這種背景噪音,隔離粒子并允許粒子在量子模糊中擺動,持續(xù)創(chuàng)紀(jì)錄的 50 秒。
而且這很快就會進(jìn)一步擴(kuò)展。通常,反物質(zhì)不能從它被創(chuàng)造的地方移動得很遠(yuǎn)——畢竟,如果它接觸到一個由普通物質(zhì)制成的容器,它就會眨眼消失。
CERN 一直在測試一種新系統(tǒng)運(yùn)輸反物質(zhì),稱為 BASE-STEP,它最終可以將奇怪的東西轉(zhuǎn)移到抑制甚至消除背景噪音的專門設(shè)施中。
正是在這些超安靜的實(shí)驗(yàn)中,我們可能最終聽到物理學(xué)最深刻的問題之一的低聲答案。
“一旦全面投入運(yùn)行,我們新的離線精密 Penning 陷阱系統(tǒng)將配備由 BASE-STEP 運(yùn)輸?shù)姆促|(zhì)子,可以讓我們實(shí)現(xiàn)自旋相干時間,甚至比當(dāng)前實(shí)驗(yàn)長十倍,這將改變重子反物質(zhì)研究的游戲規(guī)則。”說歐洲核子研究組織物理學(xué)家芭芭拉·拉塔茨。
該研究發(fā)表在該雜志上自然界.
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