Das Europäische Kernforschungszentrum CERN bei Genf (Schweiz) hat einen bedeutenden Durchbruch bei der Antimaterienforschung erzielt: Sie konnte ein Antiproton - das Gegenstück des Protons in der Materie - fast eine Minute lang zwischen zwei Quantenzuständen oszillieren lassen. Das Teilchen war dabei in einer Falle gefangen. Diese Arbeit, die das CERN am Mittwoch in "Nature" veröffentlichte, ist der erste Nachweis eines Quantenbits aus Antimaterie, oder Qubit.

Bestimmte Teilchen wie das Antiproton, das die gleiche Masse wie das Proton hat, aber eine entgegengesetzte elektrische Ladung, verhalten sich wie winzige Magnetstäbe, die je nach ihrem Spin, einer intrinsischen Eigenschaft der Quantenmechanik, in eine von zwei möglichen Richtungen ausgerichtet sind. Die Messung der Eigenschaften der Umkehrung der magnetischen Momente erfolgt mittels der sogenannten kohärenten Quantenspektroskopie, teilte das CERN per Aussendung mit.

Dank dieser Vorrichtung konnte das Cern bereits zeigen, dass der magnetische Moment des Protons und derjenige des Antiprotons bis auf wenige Milliardstel genau gleich sind. Nach umfangreichen Verbesserungen konnten Dekohärenzmechanismen eliminiert werden, wodurch erstmals eine kohärente Spektroskopie des Spins eines Antiprotons möglich wurde.

Könnte genauere Messungen des Antiprotonenmoments ermöglichen

Die Forschenden erreichten dies während einer Dauer von 50 Sekunden, die als Spin-Kohärenzzeit bezeichnet wird. "Es handelt sich um das erste Antimaterie-Qubit. Nun kann man daran denken, alle Methoden der kohärenten Spektroskopie auf einzigartige Materie- und Antimateriesysteme in Präzisionsexperimenten anzuwenden", erklärte Stefan Ulmer, der für das Experiment zuständige Sprecher in der Mitteilung.

Dieser Fortschritt dürfte es ermöglichen, in zukünftigen Experimenten Messungen des Antiprotonenmoments mit einer zehn- bis hundertfach höheren Genauigkeit durchzuführen. Qubits sind die Grundbausteine zukünftiger Quantencomputer, da sie es ermöglichen, Informationen nicht nur in einem von zwei Zuständen zu speichern, sondern auch über eine potenziell unbegrenzte Überlagerung dieser Zustände.