Het Baryon Antibaryon Symmetry Experiment (BASE) heeft een opmerkelijke prestatie geleverd in de kwantumfysica door de spincoherentie van een enkel antiproton gedurende een recordtijd van 50 seconden in 2025 te handhaven. Deze doorbraak, gedetailleerd in het tijdschrift Nature, markeert een aanzienlijke vooruitgang in de controle en studie van antimaterie, en opent nieuwe wegen voor precisie metingen en het testen van fundamentele theorieën van het universum.
Deze baanbrekende prestatie werd mogelijk gemaakt door de BASE-samenwerking, een internationaal initiatief met onderzoekers van instellingen zoals de Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf en GSI/FAIR. Dr. Barbara Latacz wordt genoemd als hoofdauteur van de studie, wat haar belangrijke bijdrage aan dit onderzoek benadrukt. Het experiment maakte gebruik van geavanceerde kwantumtechnologieën, waaronder een geavanceerd multi-trap systeem binnen een cryogene Penning-valopstelling. Dit systeem maakte de precieze manipulatie en observatie van de spin-toestanden van het antiproton mogelijk, wat effectief de eerste 'antimaterie-qubit' demonstreerde.
Het vermogen om de spincoherentie van het antiproton gedurende zo'n langere periode te handhaven is cruciaal voor uiterst nauwkeurige metingen. Het stelt wetenschappers in staat om fenomenen zoals Rabi-oscillaties waar te nemen, wat periodieke omkeringen van de spin van het antiproton zijn. Door deze overgangen zorgvuldig te controleren, kunnen onderzoekers aanzienlijk smallere resonantiepieken bereiken, wat leidt tot een veel grotere nauwkeurigheid bij het bepalen van de fundamentele eigenschappen van het antiproton, zoals het magnetisch moment.
Eerdere BASE-experimenten hadden al opmerkelijke precisie bereikt bij het meten van het magnetisch moment van het antiproton, waarbij in sommige gevallen zelfs dat van het proton werd overtroffen, en boden zo strenge tests van CPT-symmetrie. Dit onderzoek draagt rechtstreeks bij aan de voortdurende zoektocht naar het begrijpen van de asymmetrie tussen materie en antimaterie in het universum. CPT-symmetrie, een fundamenteel principe in de fysica, stelt dat materie en antimaterie identiek zouden moeten gedragen, afgezien van hun tegengestelde ladingen. Het waarneembare universum bestaat echter overwegend uit materie, een discrepantie die een diepgaand mysterie blijft.
Door nauwkeurigere vergelijkingen tussen protonen en antiprotonen mogelijk te maken, bieden de bevindingen van het BASE-experiment een krachtig instrument om te zoeken naar subtiele schendingen van CPT-symmetrie, wat licht kan werpen op de oorsprong van deze kosmische onbalans. De verbeteringen in koeltechnieken, waardoor de koeltijden van antiprotonen van uren naar slechts enkele minuten zijn teruggebracht, zijn eveneens van cruciaal belang. Deze versnelling maakt een groter aantal meetcycli mogelijk, waardoor het onderzoeksproces aanzienlijk wordt versneld en een verfijndere data-analyse mogelijk wordt.
Deze ontwikkelingen verleggen niet alleen de grenzen van de experimentele fysica, maar bieden ook potentieel voor toekomstige toepassingen in kwantum-sensing en informatieverwerking, wat het belang van antimaterie-onderzoek in onze zoektocht naar het begrijpen van de fundamentele wetten van het universum verder verstevigt.