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Finalmente abbiamo la prima dimostrazione di un bit quantistico (qubit) di antimateria. A riuscire nell’impresa sono stati i ricercatori del progetto internazionale Base al Cern che sono riusciti a mantenere un antiprotone, la controparte in antimateria del protone, in oscillazione coerente tra due diversi stati quantici per quasi 50 secondi.
Lo studio, appena pubblicato sulla rivista Nature, segna così un punto di svolta nella ricerca sull’antimateria, aprendo la strada a nuovi studi più approfonditi sul comportamento della materia e dell’antimateria.
Le cose da sapere
Materia e antimateria
I protoni, ricordiamo brevemente, sono particelle subatomiche presenti in tutti gli atomi dell’Universo. L’antiprotone, invece, viene creato in laboratorio e ha la stessa massa ma carica elettrica opposta a quella del protone. Queste ultime particelle si comportano come magneti in miniatura che possono “puntare” in una delle due direzioni a seconda del loro spin quantistico.
Riuscire a misurare il modo in cui questi cosiddetti momenti magnetici si invertono, tramite una spettroscopia di coerenza, è uno strumento importante per la rilevazione quantistica, l’elaborazione delle informazioni e per testare la cosiddetta simmetria Cpt (carica-parità-tempo), una teoria che descrive simmetrie nelle leggi fisiche che regolano materia e antimateria.
L’antiprotone
Fino a oggi, tuttavia, questi calcoli avevano delle limitazioni, quali interferenze e de-coerenza quantistica. “Preservare la coerenza è essenziale per controllare e tracciare l’evoluzione dei sistemi quantistici, come le transizioni tra gli stati di spin di un singolo antiprotone”, spiegano dal Cern. Ed è proprio quello che sono riusciti a fare gli autori del nuovo studio. La loro impresa può essere paragonata a spingere un bambino su un’altalena. “Con la spinta giusta, l’altalena si muove avanti e indietro a un ritmo perfetto”, raccontano gli esperti. E aggiungono: “Ora immaginate che l’altalena sia un singolo antiprotone intrappolato che oscilla tra i suoi stati di spin “su” e “giù” a un ritmo regolare e controllato”.
Il primo bit quantistico di antimateria
Per riuscire a dare all’antiprotone la giusta “spinta” al momento giusto, hanno usato un sofisticato sistema di trappole elettromagnetiche. “Questo rappresenta il primo bit quantistico di antimateria e apre la prospettiva di applicare l’intero set di metodi di spettroscopia coerente a singoli sistemi di materia e antimateria in esperimenti di precisione”, spiega il portavoce di Base Stefan Ulmer. “Soprattutto, aiuterà Base a eseguire misurazioni del momento antiprotonico in esperimenti futuri con una precisione da 10 a 100 volte superiore”. Sebbene i qubit siano i componenti fondamentali dei computer quantistici, è improbabile secondo i ricercatori che il qubit di antimateria appena dimostrato abbia applicazioni concrete e immediate al di fuori della fisica fondamentale.
