Суть эксперимента заключалась в том, чтобы продемонстрировать контролируемое квантовое переключение спиновых состояний одного единственного антипротона — антиматериального аналога протона. Исследователи не только добились точного управления этими переходами, но и сумели сохранить когерентность — то есть квантовую «согласованность» — в течение рекордных 50 секунд. Это означает, что антипротон успешно сохранял свою способность существовать в суперпозиции между двумя квантовыми состояниями достаточно долго для полноценного измерения и управления.

Для понимания масштабов достижения стоит вспомнить, что спин антипротона — квантовая характеристика, аналогичная направлению вращения, — может принимать одно из двух значений: «вверх» или «вниз». До сих пор такие измерения проводились некогерентными методами, при которых спин переходил из одного состояния в другое скачкообразно, в результате взаимодействия с внешней средой. Это создавало сильный шум и ограничивало точность экспериментов. Однако в новом подходе, называемом когерентной квантовой переходной спектроскопией, удалось подавить декогеренцию и добиться стабильных плавных переходов между состояниями.

Чтобы достичь этого, исследовательская группа под руководством профессора Стефана Ульмера использовала усовершенствованные ловушки Пеннинга — электромагнитные устройства, удерживающие заряженные частицы в стабильном положении. Антипротоны помещались в изолированную камеру с рекордно стабильным магнитным полем и тщательно отфильтрованными внешними возмущениями. Затем на них воздействовали электромагнитными импульсами, вызывая квантовые переходы между спиновыми состояниями с высокой точностью — подобно тому, как точно рассчитанные толчки заставляют качели раскачиваться в ритме.

Что особенно важно, эта технология открывает двери для новых прецизионных измерений физических констант. Сравнение свойств антипротонов и протонов с невиданной ранее точностью позволяет проверить симметрию CPT (заряд — чётность — время), являющуюся краеугольным камнем Стандартной модели физики.

Даже малейшие отклонения между свойствами материи и антиматерии могут указывать на существование новой физики — например, объяснить, почему во Вселенной наблюдается заметный перевес материи над антиматерией, хотя, согласно теориям, их должно было быть поровну.

Исследователи отмечают, что такой антипротонный кубит пока не будет использоваться в квантовых компьютерах. Его главная задача — фундаментальные научные эксперименты. Однако сам факт того, что когерентное квантовое поведение удалось зафиксировать у антиматерии, открывает перспективы для создания квантовых сенсоров нового поколения и может даже стать предвестником более масштабных квантово-антиматериальных технологий.

Это достижение дополнительно подтверждает ключевую роль ЦЕРНа как передовой лаборатории фундаментальной науки и демонстрирует, как идеи, зародившиеся в рамках квантовой механики и общей теории относительности, находят всё более точные экспериментальные подтверждения. В ближайших планах коллаборации BASE — продолжение серии экспериментов с целью повышения точности измерений магнитного момента антипротона и расширения возможностей квантового контроля над антивещественными системами.