اگه دنبال خبرای خفن دنیای فیزیک باشی، این یکی واقعاً می‌تونه مغزتو منفجر کنه! دانشمندای سرن (همون مرکز تحقیقات هسته‌ای معروف توی سوییس) توی پروژه‌ای به اسم BASE بالاخره تونستن یه چیزی بسازن که تا حالا کسی تو تاریخ فیزیک نتونسته بود اینو عملی کنه: اولین کیوبیت ضد ماده‌ای!
حالا شاید بپرسی کیوبیت چیه؟ کیوبیت همون واحد اطلاعات توی کامپیوترای کوانتومیه. با بیتی که تو کامپیوترای معمولی داریم خیلی فرق داره، چون می‌تونه همزمان توی چند حالت باشه. حالا دانشمندای BASE این داستان رو از دنیا کوانتوم برداشتن، گذاشتن تو جهان ضد ماده!
ضد ماده؟! یعنی چی؟ ضد ماده درواقع همون ذرات معمولی خودمون هستن فقط بارشون برعکسه، مثلاً آنتی‌پروتون دقیقا همون جرم پروتونو داره اما شارژش منفیه. (پروتون بار مثبت داره دیگه!) این ضد ماده‌ایا البته خیلی زیاد عمر نمی‌کنن و خیلی راحت با ماده نابود می‌شن، واسه همین کنترل و آزمایششون کار حضرت فیله.
چی کار کردن؟ خب، BASE الان موفق شده یه آنتی‌پروتون رو گیر بندازه (یعنی زندونی کنه، البته باحال‌ترین زندان دنیا با آهنرباهاش!) و بعدش تونسته اون رو وادار کنه تقریباً یک دقیقه کامل (۵۰ ثانیه دقیقش) به نرمی بین دو حالت کوانتومی (که بهش می‌گن حالت اسپینی یا quantum spin states – خلاصه بگم: طوری رفتار می‌کنن انگار مغناطیس خیلی کوچولو هستن که می‌تونه سر بالا یا پایین باشه) هی تغییر وضعیت بده. اینجا اصطلاحاً می‌گن این آنتی‌پروتون مثل یه تاب کوانتومی نوسان می‌کرده بین دوتا حالت. اگه دقیق‌تر بخوای بدونی، خودشون گفتن شبیه اینه که یه کودک رو دقیقاً سر موقع روی تاب هل بدی، طوری که تابش هیچ وقت قطع یا آروم نشه.
برخلاف روش‌های قبلی که اندازه‌گیری این مدل ذرات رو با نویزای محیط حسابی مختل می‌کرد، این بار محقق‌ها با کلی ترفند تونستن نویز و به هم ریختگی میدان مغناطیسی رو تا حد زیادی حذف کنن و وضعیت کوانتومی آنتی‌پروتون رو به طور پیوسته و خیلی دقیق کنترل کنن. به این کار می‌گن “کنترل کوهرنت” یا «حفظ همدوسی»، که تو فیزیک کوانتومی یعنی می‌تونی یه حالت کوانتومی رو تا مدت نسبتا زیادی بدون اینکه عوامل مزاحم خرابش کنن نگه داری. تا قبل از این، همه اندازه‌گیری‌ها بیشتر اتفاقی و پر از نویز محیط بودن، اما الان BASE دقیقا همون چیزی رو ساخته که همه تو خواب هم نمی‌دیدن: یه کیوبیت ضد ماده‌ای واقعی!
برای اینکه این کارو انجام بدن، اول آنتی‌پروتون‌ها رو توی یه چیزی به اسم تله پنینگ (Penning trap – یه نوع دام الکترومغناطیسی که ذرات باردار رو نگه می‌داره، دقیقاً مثل قفس آهنربایی خیلی کوچیک) اسیر کردن و بعد با کنترل الکترومغناطیسی و کلی قلق علمی، تونستن اون‌ها رو تک‌تک به سیستم دیگه‌ای منتقل کنن تا اسپینشون (یا همون حالت مغناطیس کوانتومی‌شون) رو اندازه بگیرن و کنترل کنن.
کلا تو دنیای کوانتومی، این موقعیت‌ها خیلی حساسن و با کوچک‌ترین تغییری حالتشون به هم می‌ریزه که بهش می‌گن «کاهش همدوسی» یا همون “decoherence”. حالا چیزی که تیم BASE انجام داده اینه که این اختلال‌ها رو تا جایی که می‌شد کم کردن و موفق شدن آنتی‌پروتون رو برای ۵۰ ثانیه توی حالت کوانتومی پایدار نگه دارن.
حالا این کیوبیت ضد ماده‌ای فعلا خبری از استفاده در کامپیوترای کوانتومی نداره، ولی اهمیتش واسه پروژه‌های آزمایش بنیادی خیلی زیاده. یکی از مهم‌ترینشون همین آزمایش «الگوی تقارن بار-پاریته-زمان» یا به انگلیسی CPT symmetry هست؛ این قانون می‌گه ماده و ضد ماده باید دقیقا مثل هم رفتار کنن. اگه فرقی باشه، یعنی یه فیزیک جدید پشت ماجراست و مدل استاندارد فیزیک رو باید بریزیم تو سطل آشغال! مدل استاندارد همون نظریه مشهوریه که فعلا همه ذرات بنیادی و نیروها رو توضیح می‌ده.
استفان اولمر، رئیس این پروژه، گفته تازه ابتدای راهیم و این تکنیک می‌تونه دقت آزمایش‌های آنتی‌پروتون رو تا ۱۰ تا ۱۰۰ برابر بیشتر کنه. یعنی ممکنه به زودی تفاوت‌هایی بین ماده و ضد ماده کشف کنیم که اصلاً نمی‌دونستیم وجود داره و این شاید حتی توضیح بده چرا جهان پر از ماده‌ست اما ضد ماده تقریباً وجود نداره (یعنی چرا ما هستیم، ولی نسخه ضد مادی‌مون نیست!).
تیم BASE قصد داره ادامه تحقیقاتش رو با سیستم جدیدی به اسم BASE-STEP پیش ببره. این سیستم قراره آنتی‌پروتون‌ها رو به محیط‌هایی با نویز خیلی پایین منتقل کنه که نتیجه‌ش می‌تونه مدت زمان همدوسی کیوبیت ضد ماده‌ای رو حتی تا ۵۰۰ ثانیه برسونه!
نتیجه این کشف توی مجله معتبر Nature منتشر شده، و واقعاً یه گام خیلی بزرگ توی فیزیک کوانتومی و ضد ماده محسوب می‌شه. خلاصه اینکه اگه هنوز برات عجیب بود که چرا این خبر مهمه، باید بدونی الان ما اولین کیوبیت از دنیای ضد ماده رو تو آزمایشگاه داریم و عصر جدیدی از آزمایش‌های دقیق بنیادی شروع شده!
منبع: +
