Prvi put u superpoziciji izmerena čestica antimaterije, da li ćemo konačno dobiti odgovor na pitanje: Zašto postojimo?

Istraživački tim, koji je studiju objavio u časopisu Nejčer, zarobio je antiproton (antimaterijski parnjak protona) u sistemu elektromagnetnih zamki i suzbio uticaj spoljne sredine koja bi mogla narušiti osetljivo kvantno stanje čestice.

Dok se antiproton nalazio u neodređenom stanju svojstva zvanog spin, čestica je pažljivo podstaknuta na oscilaciju i merena u periodu od 50 sekundi.

„Ovo predstavlja prvi kubit od antimaterije. Najvažnije je što će nam ovo omogućiti da u budućim eksperimentima merimo moment antiprotona sa 10 do 100 puta većom preciznošću“, izjavio je Stefan Ulmer, fizičar iz BASE saradnje u Cernu.

Budući eksperimenti mogli bi otkriti više razlika između materije i antimaterije, što bi, zauzvrat, moglo dati odgovor na fundamentalno pitanje: Kako smo preživeli „apokalipsu antimaterije“ koja je, prema postojećim fizičkim modelima, trebalo da uništi svu materiju pre milijardi godina?

Jednostavno rečeno, teorijski ne bi trebalo da postoji razlika između materije i antimaterije, osim što čestice imaju suprotan naelektrisani naboj u odnosu na svoje parnjake. Da je to zaista tako, Veliki prasak bi stvorio jednake količine i jedne i druge – koje bi se ubrzo poništili međusobnim uništenjem, ostavljajući univerzum potpuno praznim.

Činjenica da uopšte postojimo ukazuje na to da fizika mora na neki drugi način da tretira materiju i antimateriju. Razni eksperimenti već su počeli da otkrivaju tragove ove asimetrije, ali stepen do sada otkrivenih razlika i dalje nije dovoljan da objasni zašto materija preovladava.

Eksperiment BASE u Cernu traži tu razliku upoređujući kako se stanja spina ponašaju kod protona i antiprotona pod sličnim uslovima. Spin je unutrašnje svojstvo subatomskih čestica zbog kog se ponašaju kao sićušni magneti.

Prethodne faze eksperimenta izmerile su magnetni moment antiprotona sa preciznošću od 1,5 delova na milijardu. Ipak, i na tom nivou, on ostaje identičan onom kod običnog protona.

Deo problema je u tome što su kvantna stanja izuzetno osetljiva na smetnje iz okoline, pa je teško zadržati antiprotone u stanju superpozicije dovoljno dugo za detaljna ispitivanja.

Eksperiment je sada prošao kroz niz nadogradnji kako bi eliminisao „šum“ iz pozadine, izolovao čestice i omogućio im da ostaju u kvantnoj „magli“ rekordnih 50 sekundi.

A taj vremenski okvir uskoro bi mogao biti još duži. Antimateriju je inače veoma teško transportovati daleko od mesta nastanka – ako dodirne bilo koji predmet od obične materije, odmah će nestati.

Cern trenutno testira novi sistem za transport antimaterije, nazvan BASE-STEP, koji bi na kraju mogao omogućiti premeštanje ovih čestica u specijalizovane laboratorije sa gotovo potpunim uklanjanjem spoljne smetnje.

Upravo u tim ultra-tihim eksperimentima mogli bismo konačno da čujemo „šapat“ odgovora na jedno od najdubljih pitanja fizike.

„Kada naš novi oflajn sistem Pening zamki postane u potpunosti operativan – napajan antiprotonima koje će BASE-STEP transportovati – mogli bismo dostići vremenske okvire koherentnosti spina i do deset puta duže nego u sadašnjim eksperimentima, što će biti prekretnica za istraživanje barionske antimaterije“, rekla je fizičarka Barbara Latac iz Cerna.