CERN में BASE सहयोग टीम ने घोषणा की कि उन्होंने पहली बार "एंटीमैटर क्वबिट" को सफलतापूर्वक तैयार और हेरफेर किया, जिससे एक एकल एंटीप्रोटन पर अभूतपूर्व क्वांटम परिशुद्धता माप प्राप्त हुआ। यह परिणाम नेचर जर्नल में प्रकाशित हुआ है। प्रयोग में, टीम ने डिवाइस में एक एंटीप्रोटॉन को फंसाया और इसके स्पिन को लगभग एक मिनट तक दो क्वांटम राज्यों के बीच आसानी से स्विच करने की अनुमति दी, जिससे पदार्थ और एंटीमैटर के व्यवहार की अत्यधिक उच्च परिशुद्धता के साथ तुलना करने के लिए एक नया रास्ता खुल गया।
एंटीप्रोटॉन प्रोटॉन के एंटीमैटर समकक्ष हैं। इनका द्रव्यमान समान है लेकिन आवेश विपरीत है। उनमें भी छोटे चुम्बकों के समान स्पिन गुण होते हैं। स्पिन दिशा केवल दो अवस्थाओं में से एक पर ही लागू हो सकती है। स्पिन अवस्थाओं और उनकी संक्रमण प्रक्रियाओं का अवलोकन करना क्वांटम सेंसिंग, अति-उच्च-परिशुद्धता माप और परीक्षण के लिए महत्वपूर्ण है कि कण भौतिकी के मूल सिद्धांत - सीपीटी समरूपता सहित भौतिकी के नियमों के तहत पदार्थ और एंटीमैटर वास्तव में "सममित" हैं या नहीं। मानक मॉडल के अनुसार, कणों और प्रतिकणों का द्रव्यमान और जीवनकाल समान होना चाहिए। मुख्य अंतर केवल चार्ज-संबंधित गुणों में परिलक्षित होता है। इसलिए, अत्यधिक उच्च परिशुद्धता के साथ आइटम द्वारा प्रोटॉन और एंटीप्रोटोन की तुलना करना इस सिद्धांत का परीक्षण करने के मुख्य साधनों में से एक है।
इस प्रयोग को साकार करने के लिए, शोधकर्ताओं ने पर्यावरणीय शोर के प्रभाव को कम करते हुए स्पिन राज्यों के बीच परिवर्तनों को सटीक रूप से मापने के लिए "सुसंगत क्वांटम संक्रमण स्पेक्ट्रोस्कोपी" नामक एक तकनीक का उपयोग किया। इस तकनीक का व्यापक रूप से मेट्रोलॉजी, क्वांटम सूचना प्रसंस्करण, चुंबकीय माप और मानक मॉडल के सटीक परीक्षण में उपयोग किया गया है। प्रोटॉन और ड्यूटेरॉन पर पिछले प्रयोगों में, इसने एक भाग प्रति ट्रिलियन स्तर से नीचे उच्च-रिज़ॉल्यूशन मेसर स्पेक्ट्रोस्कोपी माप हासिल किया है।
अतीत में, ऐसे स्पेक्ट्रोस्कोपिक प्रयोग ज्यादातर "द्रव्यमान कण सांख्यिकी" पर निर्भर करते थे, लेकिन इस बार BASE टीम ने "एकल मुक्त परमाणु स्पिन" विधि को लागू करने में एक सफलता हासिल की। कम तापमान वाले पेनिंग ट्रैप सिस्टम में, शोधकर्ताओं ने पहले निरंतर स्टर्न-गेरलाच प्रभाव का उपयोग करके एंटीप्रोटोन की स्पिन स्थिति को मापा, और फिर उन्हें अत्यधिक स्थिर चुंबकीय क्षेत्र के साथ एक सटीक जाल में स्थानांतरित कर दिया। उन्होंने एंटीप्रोटोन के सुसंगत क्वांटम व्यवहार को उत्पन्न करने और उसका विश्लेषण करने के लिए क्वांटम प्रक्षेपण माप का उपयोग किया।
प्रयोग में पहली बार एंटीप्रोटोन स्पिन प्रणाली में रबी दोलन घटना को भी स्पष्ट रूप से देखा गया। तथाकथित रबी दोलन एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें एक क्वांटम प्रणाली समय-समय पर बाहरी गुंजयमान विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र द्वारा संचालित दो ऊर्जा स्तरों के बीच संक्रमण करती है। इसकी आवृत्ति (रबी आवृत्ति) अंतःक्रिया की तीव्रता पर निर्भर करती है। यह प्रभाव क्वांटम कंप्यूटिंग, चुंबकीय अनुनाद और परमाणु भौतिकी में एक मौलिक उपकरण है क्योंकि यह शोधकर्ताओं को परमाणुओं, आयनों और क्यूबिट्स की क्वांटम स्थितियों में सटीक हेरफेर करने की अनुमति देता है।
समय श्रृंखला माप में, टीम ने 80% से अधिक की स्पिन फ्लिप संभावना और लगभग 50 सेकंड का स्पिन सुसंगतता समय हासिल किया। एकल-कण स्पिन अनुनाद परीक्षण में, स्पिन फ्लिप संभावना 70% से अधिक हो गई, और संक्रमण लाइनविड्थ पिछले समान प्रयोगों की तुलना में 16 गुना संकीर्ण थी, जिससे माप सटीकता में काफी सुधार हुआ; सीमित कारक मुख्य रूप से साइक्लोट्रॉन आवृत्ति माप से संबंधित डीकोहेरेंस प्रभाव से आया है। BASE सहयोग ने पहले प्रदर्शित किया है कि प्रोटॉन और एंटीप्रोटोन के चुंबकीय क्षण कुछ भागों प्रति बिलियन की सटीकता के भीतर अत्यधिक सुसंगत हैं, यह दर्शाता है कि वे अपने चुंबकीय गुणों में लगभग पूरी तरह से सममित हैं। प्रोजेक्ट लीडर स्टीफन उलमर ने कहा कि भविष्य में इस नई विधि की मदद से एंटीप्रोटॉन चुंबकीय क्षण माप की सटीकता में 10 से 100 गुना सुधार होने की उम्मीद है।
हालाँकि "क्विबिट" शब्द अक्सर क्वांटम कंप्यूटिंग से जुड़ा होता है, शोधकर्ताओं ने बताया कि इस बार हासिल किया गया एंटीमैटर क्विबिट अल्पावधि में सीधे इंजीनियरिंग या कंप्यूटिंग प्रौद्योगिकी अनुप्रयोगों में अनुवाद नहीं करेगा। इसका वास्तविक वैज्ञानिक मूल्य भौतिकविदों को मौलिक पैमाने से एंटीमैटर के गुणों की जांच करने और सामान्य पदार्थ के साथ अधिक कठोर तुलना करने के लिए अभूतपूर्व सटीकता और साधन प्रदान करने में निहित है, जो यह समझाने के लिए महत्वपूर्ण सुराग प्रदान करता है कि ब्रह्मांड लगभग पूरी तरह से पदार्थ पर हावी क्यों है, जबकि गैर-पदार्थ और एंटीमैटर समान माप में सह-अस्तित्व में हैं।
पेपर के पहले लेखक, बारबरा रैटेज ने खुलासा किया कि टीम ने BASE-STEP प्रोजेक्ट के अगले चरण पर अपनी नजरें जमा ली हैं - एक प्रणाली जिसे जाल में फंसे एंटीप्रोटोन को चुंबकीय क्षेत्र के साथ शांत वातावरण में स्थानांतरित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। सैद्धांतिक रूप से, यह स्पिन सुसंगतता समय को परिमाण के एक क्रम तक बढ़ा देगा, जो बेरियोन एंटीमैटर के अध्ययन को आगे बढ़ाने के लिए महत्वपूर्ण है। शोध टीम का मानना है कि उन्नत क्वांटम हेरफेर तकनीक को अत्यधिक उच्च परिशुद्धता वाले प्रयोगात्मक उपकरणों के साथ जोड़कर, मानव जाति ने एंटीमैटर अनुसंधान के क्षेत्र में सटीक माप के एक नए युग में प्रवेश किया है, और ब्रह्मांड में पदार्थ-एंटीमैटर विषमता के अंतर्निहित कारणों को प्रकट करने के करीब है।
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सर्न, नेचर पत्रिका