A experiência, conduzida pela colaboração internacional BASE, consistiu em aprisionar um antiprotão, ou seja, o gémeo de antimatéria do protão, e fazê-lo oscilar entre dois estados quânticos durante quase um minuto. Por outras palavras, os cientistas conseguiram manipular uma única partícula de antimatéria como se fosse um baloiço minúsculo, alternando de forma perfeitamente controlada entre duas posições.
O anúncio foi publicado na revista Nature e marca uma etapa maior. Até agora, tais transições quânticas coerentes tinham sido observadas em conjuntos de partículas ou em iões aprisionados, mas nunca num único antiprotão isolado.
Por que é isto importante? Porque matéria e antimatéria deveriam, segundo a teoria, comportar-se exatamente da mesma maneira. No entanto, o Universo que nos rodeia é quase inteiramente composto por matéria, tendo a antimatéria praticamente desaparecido após o Big Bang. Testar com uma precisão extrema se o protão e o antiprotão são realmente idênticos poderia, portanto, revelar a existência de uma nova física, para além do modelo atual.
Concretamente, a equipa utilizou um sistema avançado de armadilhas eletromagnéticas. Estas armadilhas permitem capturar um único antiprotão e mantê-lo durante tempo suficiente para o observar e manipular. Graças a uma técnica designada por espetroscopia coerente, os investigadores puderam seguir e controlar o estado de spin – uma propriedade quântica comparável à orientação de uma minúscula bússola interna – durante quase 50 segundos, uma duração recorde.
Para dar uma imagem mais clara, podemos imaginar o antiprotão como uma criança num baloiço. Com o impulso certo no momento certo, o baloiço oscila regularmente para a frente e para trás. Aqui, o "empurrão" é dado por campos eletromagnéticos perfeitamente ajustados, e o baloiço não é mais do que uma partícula de antimatéria. Ainda mais surpreendente: enquanto não é observado, este qubit (ou anti-qubit) pode estar "em cima" e "em baixo" ao mesmo tempo, um princípio fundamental da mecânica quântica.
Este avanço provavelmente não resultará de imediato em aplicações tecnológicas, mas permitirá comparar com uma precisão sem precedentes as propriedades da matéria e da antimatéria. A experiência BASE já mostrou que o momento magnético do protão e o do antiprotão são idênticos até alguns milésimos de milionésimo. Com este novo resultado, a precisão poderá ser multiplicada por dez, ou mesmo por cem.
A próxima etapa? Um projeto chamado BASE-STEP, que visa transportar os antiprotões aprisionados para ambientes magnéticos mais estáveis do que os da fábrica de antimatéria do CERN. Segundo os investigadores, isto poderá prolongar ainda mais o tempo de coerência do spin, e talvez revelar novas diferenças subtis entre matéria e antimatéria.