Nel cuore della fisica moderna si nasconde uno dei più grandi enigmi cosmici: perché l'universo che conosciamo è fatto quasi esclusivamente di materia? In teoria, il Big Bang avrebbe dovuto creare materia e antimateria in quantità perfettamente uguali. Dato che queste due si annichiliscono a vicenda al contatto, il cosmo avrebbe dovuto essere un luogo vuoto, pervaso solo di energia. Evidentemente, qualcosa è andato diversamente, e una minuscola asimmetria ha permesso alla materia di prevalere.
È proprio per gettare luce su questo affascinante mistero che i fisici dell'esperimento BASE al CERN di Ginevra hanno compiuto un passo da gigante, annunciato di recente sulla rivista Nature. Per la prima volta nella storia, sono riusciti a creare un "qubit" partendo da una singola particella di antimateria, un antiprotone, mantenendolo in uno stato di coerenza quantistica per quasi un minuto.
Sebbene il termine qubit faccia subito pensare ai computer quantistici e a un enorme balzo in avanti nel campo dell'informatica, l'obiettivo di questo traguardo è del tutto diverso. L'antiprotone-qubit non servirà a processare informazioni più velocemente, ma fungerà da sonda ultra-sensibile per scrutare le proprietà dell'antimateria con una precisione mai raggiunta prima. L'idea è testare uno dei pilastri della fisica, la cosiddetta simmetria CPT (Carica, Parità, Tempo), secondo la quale una particella e la sua antiparticella dovrebbero avere massa identica, carica opposta e rispondere in modo speculare alle leggi della fisica.
Finora, ogni misurazione, incluse quelle realizzate dallo stesso team di BASE, ha confermato questa simmetria con una precisione sbalorditiva, ma i fisici non si arrendono. Una pur minima violazione di questa regola potrebbe essere la chiave per spiegare perché il nostro universo esiste.
Per raggiungere questo risultato, gli scienziati hanno utilizzato una tecnologia complessa chiamata trappola di Penning. Si tratta di un dispositivo che, attraverso campi elettrici e magnetici finemente calibrati, è in grado di isolare e trattenere un antiprotone, impedendogli di entrare in contatto con la materia ordinaria e annichilirsi. All'interno di questa "gabbia" magnetica, i ricercatori hanno manipolato lo spin quantistico dell'antiprotone. Lo spin non è una vera e propria rotazione, ma una proprietà intrinseca delle particelle che genera un momento magnetico. Grazie alla magia della meccanica quantistica, una particella può esistere in una sovrapposizione di stati, avendo, per esempio, contemporaneamente spin "su" e spin "giù", un po' come il celebre gatto di Schrödinger è sia vivo che morto finché non si apre la scatola. Mantenere un antiprotone in questo stato di sovrapposizione per circa 50 secondi, creando di fatto un qubit di antimateria, è un record che apre scenari inediti.
"Questo rappresenta il primo qubit di antimateria e apre alla prospettiva di applicare l'intero set di metodi di spettroscopia coerente a singoli sistemi di materia e antimateria in esperimenti di precisione", ha dichiarato Stefan Ulmer, portavoce di BASE. Il futuro appare ancora più promettente con il progetto BASE-STEP, un dispositivo che conterrà una trappola di Penning portatile. L'obiettivo è trasferire in sicurezza gli antiprotoni creati al CERN verso laboratori esterni, più "silenziosi" dal punto di vista magnetico, per condurre esperimenti ancora più accurati e prolungare la durata della coerenza quantistica.
Questo permetterebbe misurazioni con una precisione da 10 a 100 volte superiore, un miglioramento che, come sottolinea Barbara Latacz, autrice principale dello studio, potrebbe davvero cambiare le regole del gioco nella ricerca sull'antimateria barionica.
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