En lo que es un gran avance para la investigación de la antimateria, unos científicos han conseguido mantener un antiprotón (el homólogo en antimateria del protón) oscilando suavemente entre dos estados cuánticos diferentes, durante casi un minuto mientras estaba atrapado. Este logro marca la primera demostración de un bit cuántico de antimateria, y allana el camino para comparaciones sustancialmente mejoradas entre el comportamiento de la materia y el de la antimateria.

El logro es obra de los científicos integrantes de la Colaboración BASE, en el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), que está ubicado en la frontera entre Suiza y Francia.

Partículas como el antiprotón, que tiene la misma masa que el protón pero carga eléctrica opuesta a la de este, se comportan como imanes de barra en miniatura que pueden «apuntar» en una de dos direcciones dependiendo de su espín cuántico subyacente.

Medir la forma en que estos llamados “momentos magnéticos” cambian, mediante una técnica llamada espectroscopia de transición cuántica coherente, es una vía eficaz de detección cuántica y procesamiento de señales cuánticas. También permite poner a prueba con una muy alta precisión a leyes fundamentales de la naturaleza, incluyendo la simetría CPT (por las siglas en inglés de charge-parity-time symmetry). Esta simetría dicta que, excepto por sus cargas invertidas, la materia y la antimateria se comportan de forma idéntica, lo cual contradice la observación de que la materia abunda muchísimo más que la antimateria en el universo.

Las partículas tienen características cuánticas que desafían nuestro sentido común, por ejemplo la de ser capaces de “interferir” consigo mismas. Las interacciones con el entorno circundante pueden suprimir rápidamente estos efectos de interferencia mediante un proceso conocido como decoherencia cuántica. Preservar la coherencia es esencial para controlar y rastrear la evolución de los sistemas cuánticos, como las transiciones entre los estados de espín de un único antiprotón.

Aunque ya se han observado transiciones cuánticas coherentes en grandes conjuntos de partículas y en iones atrapados, nunca se habían observado en un solo momento magnético nuclear libre. La colaboración BASE lo ha logrado en la fábrica de antimateria del CERN.

En cierto modo, esta hazaña se asemeja a empujar a un niño en un columpio. Con el empujón adecuado, el columpio se mueve de un lado a otro con un ritmo perfecto. Imaginemos ahora que el columpio es un único antiprotón atrapado que oscila entre sus estados de espín «hacia arriba» y «hacia abajo» con un ritmo suave y controlado. La colaboración BASE lo ha logrado mediante un sofisticado sistema de trampas electromagnéticas para dar a un antiprotón el empujón adecuado en el momento oportuno. Y dado que este columpio tiene propiedades cuánticas, el bit cuántico de espín de antimateria puede incluso apuntar en diferentes direcciones simultáneamente.

El equipo de investigación responsable de este logro y encabezado por Barbara Latacz del CERN, expone los detalles técnicos del experimento en la revista académica Nature, bajo el título “Coherent spectroscopy with a single antiproton spin”.

Fuente: noticiasdelaciencia.com