دستاورد بزرگ برای درک جهان؛ دانشمندان برای اولین بار از پادماده کیوبیت ساختند

دانشمندان سازمان تحقیقات هسته‌ای اروپا (CERN) برای اولین بار موفق به ثبت و مطالعه یک ذره پادماده در حالت کوانتومی «برهم‌نهی» شدند. این دستاورد علاوه‌بر پیشرفت فناوری‌های کوانتومی می‌تواند سرنخ‌هایی از علت پیدایش جهان پس از بیگ‌بنگ به دانشمندان بدهد.

پژوهشگران CERN اعلام کرده‌اند که توانسته‌اند یک «پادپروتون» را درون یک سامانه پیشرفته از تله‌های الکترومغناطیسی معلق نگه داشته و دخالت‌های محیطی را به حداقل برسانند. این شرایط به آنها اجازه داده تا ذره را در حالت کوانتومی حساس «برهم‌نهی» (Superposition) قرار دهند و ویژگی اسپین آن را به مدت 50 ثانیه با دقت بی‌سابقه‌ای اندازه‌گیری کنند.

پیشرفت کوانتومی جدید و گامی برای حل مسئله پیدایش جهان

به گفته «استفان اولمر»، فیزیکدان CERN، این کشف نخستین نمونه از «کیوبیت پادماده» محسوب می‌شود و می‌تواند دقت اندازه‌گیری ممان مغناطیسی پادپروتون را تا 10 یا حتی 100 برابر افزایش دهد. این پیشرفت شاید تفاوت‌های بیشتری را درباره ماده و پادماده برای ما آشکار کند. کشف این تفاوت‌ها برای پاسخ به این پرسش اساسی مهم هستند که چرا جهان ما به‌جای نابودی کامل پس از بیگ‌بنگ، از ماده تشکیل شد.

براساس مدل‌های فعلی علم فیزیک، ماده و پادماده باید در مقادیر برابر به‌وجود آمده و سپس یکدیگر را نابود کنند؛ اما واقعیت نشان می‌دهد که قوانین فیزیک با این دو نوع ذره به شکل یکسان رفتار نمی‌کند. تاکنون آزمایش‌های دقیق، ممان مغناطیسی پادپروتون را با پروتون برابر نشان داده‌اند، اما پژوهشگران امیدوارند با روش‌های جدید، بتوانند تفاوت‌های پنهان این ذرات را آشکار کنند.

نگه‌داشتن ذرات پادماده در حالت برهم‌نهی برای مدت طولانی یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها در این زمینه است، زیرا کوچک‌ترین تداخل محیطی می‌تواند حالت کوانتومی آنها را برهم بزند. پیشرفت‌های اخیر مربوط به پروژه BASE در CERN که این تحقیق جدید متعلق به آن است، این امکان را فراهم کرده که پادپروتون‌ها برای مدت بی‌سابقه 50 ثانیه در این حالت باقی بمانند و حتی برنامه‌هایی برای افزایش این زمان وجود دارد.

باتوجه‌به اینکه پادماده در برخورد با ماده معمولی فوراً نابود می‌شود، انتقال آن به مکان‌های دیگر بسیار دشوار است. با‌این‌حال، محققان CERN درحال توسعه سامانه‌ای به‌نام BASE-STEP هستند که می‌تواند پادپروتون‌ها را به تأسیسات ویژه با حداقل نویز محیطی منتقل کند. به گفته «باربارا لاتاتز»، فیزیکدان این مؤسسه، استفاده از این سامانه می‌تواند زمان برهم‌نهی اسپین را تا 10 برابر افزایش دهد و نقطه عطفی در پژوهش‌های پادماده باریونی ایجاد کند.