Polka z CERN dokonuje przełomu w badaniach antymaterii

23 lipca 2025 roku CERN ogłosił jedno z największych osiągnięć w fizyce antymaterii od lat. Zespół BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment), kierowany przez polską fizyczkę Barbarę Latacz, jako pierwszy na świecie zaprezentował kubit antymaterii – kwantowy bit stworzony z pojedynczego antyprotonu – oraz przeprowadził pierwszą koherentną spektroskopię przejść kwantowych jego spinu jądrowego. Zespół opublikował wyniki swoich badań w czasopiśmie Nature.

Barbara Latacz uczyła się w Liceum Akademickim w Toruniu, gdzie przejawiała wyjątkowe zainteresowanie naukami ścisłymi. Już wtedy wyróżniała się talentem, biorąc udział w Olimpiadzie Fizycznej oraz zdobywając stypendium w programie „Zdolni na start”. Od lat zajmuje się badaniami nad materią i antymaterią. Jej osiągnięcie otwiera drogę do znacznie dokładniejszych testów symetrii CPT, kluczowej zasady fizyki, zgodnie z którą materia i antymateria powinny zachowywać się identycznie.

Do tej pory kontrola stanu spinu pojedynczego antyprotonu była utrudniona przez tzw. dekoherencję kwantową i zakłócenia pola magnetycznego generowane przez akceleratory. Dzięki nowej aparaturze i specjalnej metodzie wielopułapkowej zespół BASE wydłużył czas koherencji spinu do około 50 sekund – niemal dziesięciokrotnie więcej niż w poprzednich eksperymentach – oraz zmniejszył błąd pomiaru do rekordowo niskiego poziomu.

Barbara Latacz podczas prac zespołu BASE, źródło: CERN

Naukowcom udało się po raz pierwszy zaobserwować oscylacje Rabi’ego antyprotonu i odwracać jego spin z ponad 80% skutecznością. To oznacza pełną kontrolę nad stanem kwantowym pojedynczej cząstki antymaterii – osiągnięcie dotąd uważane za niemal niemożliwe.

Zespół BASE opracował BASE-STEP, czyli przenośny system pułapek na antyprotony. Umożliwi on transport antyprotonów do specjalnych, cichszych laboratoriów, ograniczając fluktuacje pola magnetycznego wywołane przez akcelerator, a tym samym pozwalając uzyskać czasy koherencji spinu nawet dziesięciokrotnie dłuższe niż w obecnych eksperymentach.

Choć kubit antymaterii raczej nie trafi szybko do komputerów kwantowych, jego znaczenie dla badań nad pochodzeniem Wszechświata jest ogromne. W przyszłości może to umożliwić nawet 100-krotne zwiększenie precyzji pomiarów momentu magnetycznego antyprotonu i pomóc odpowiedzieć na pytanie, dlaczego materia dominuje nad antymaterią.

Jak podsumowuje Barbara Latacz: „To przełom w badaniach barionowej antymaterii”.