第一個(gè)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(chēng)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(duì)應(yīng)物）懸浮在電磁阱系統(tǒng)中，并抑制了會(huì)擾亂粒子微妙量子態(tài)的環(huán)境干擾。

在稱(chēng)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(cè)量。

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“這代表了第一個(gè)反物質(zhì)量子比特，”斯特凡·烏爾默說(shuō)，一位與 CERN 的 BASE 合作的物理學(xué)家?！白钪匾氖?，它將幫助 BASE 在未來(lái)的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行反質(zhì)子矩測(cè)量，精度提高 10 到 100 倍。”

這些未來(lái)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(guò)來(lái)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(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，理論上物質(zhì)和反物質(zhì)之間應(yīng)該沒(méi)有區(qū)別，只是粒子與各自的對(duì)應(yīng)物具有相反的電荷。但是，如果是這樣的話(huà)，大爆炸應(yīng)該以相等的數(shù)量創(chuàng)建兩者，這會(huì)很快相互抵消，現(xiàn)在讓宇宙成為一個(gè)非?？諘绲牡胤?。

我們?cè)谶@里思考這個(gè)問(wèn)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(duì)待物質(zhì)和反物質(zhì)。各種實(shí)驗(yàn)已經(jīng)開(kāi)始被發(fā)現(xiàn)這種不對(duì)稱(chēng)的線(xiàn)索，但迄今為止發(fā)現(xiàn)的差異程度仍然無(wú)法解釋差異。

歐洲核子研究中心的 BASE 實(shí)驗(yàn)正在通過(guò)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(lái)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(cè)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(gè)水平上，它仍然與普通質(zhì)子保持一致。

部分問(wèn)題在于量子態(tài)對(duì)周?chē)h(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(zhǎng)的時(shí)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(jí)，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(dòng)，持續(xù)創(chuàng)紀(jì)錄的 50 秒。

而且這很快就會(huì)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(dòng)得很遠(yuǎn)——畢竟，如果它接觸到一個(gè)由普通物質(zhì)制成的容器，它就會(huì)眨眼消失。

CERN 一直在測(cè)試一種新系統(tǒng)運(yùn)輸反物質(zhì)，稱(chēng)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(zhuān)門(mén)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(tīng)到物理學(xué)最深刻的問(wèn)題之一的低聲答案。

“一旦全面投入運(yùn)行，我們新的離線(xiàn)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(shí)間，甚至比當(dāng)前實(shí)驗(yàn)長(zhǎng)十倍，這將改變重子反物質(zhì)研究的游戲規(guī)則?！?a>說(shuō)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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