量子物理学：単一反陽子スピンを用いたコヒーレント分光法

コヒーレント量子遷移分光法は、計測学、量子情報処理、磁力測定、標準模型の精度検証における強力なツールである。この技術は、陽子および重陽子の磁気モーメント測定に適用されて大きな成功を収め、1兆分の1を超える分解能を有するメーザー分光法や、物理学の最前線で行われる他の多くの実験に結実した。これらの実験は全て、巨視的な粒子集合に対して実行されたが、「自由な」単一核スピンのコヒーレント分光法は、我々の知る限り、これまで報告例がない。今回我々は、極低温ペニングトラップ系に蓄えられた単一反陽子のスピンのコヒーレント量子遷移分光法を実証する。我々は、マルチトラップ技術を適用し、連続したシュテルン–ゲルラッハ効果を使用して反陽子のスピン状態を検出し、粒子を精密トラップ（PT）の均一磁場に輸送した。ここで我々は、コヒーレントなダイナミクスを誘導し、解析トラップ（AT）中の量子射影測定によって結果を解析した。その結果、反陽子スピンのラビ振動が初めて観測され、時系列測定において約50秒のスピンコヒーレンス時間で80％を超えるスピン反転確率が実現された。単一粒子スピン共鳴の走査では、サイクロトロン周波数測定のデコヒーレンスによって制限される、以前の測定よりも16倍狭い遷移線幅で、70％を超える反転が示された。今回の成果は、陽子と反陽子の磁気モーメントを使用した、物質/反物質対称性の少なくとも10倍改善された検証に向けて注目すべき一歩となる。

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