EO

Kwantumfysica op macroscopische schaal

03 december 2018 om 08:46 uur

Waarom werkt de kwantummechanica zo goed voor microscopische objecten, maar wordt het gedrag van macroscopische objecten beschreven door de ‘klassieke fysica’? Over deze vraag breken fysici zich al het hoofd sinds de kwantumtheorie meer dan honderd jaar geleden werd ontwikkeld. Onderzoekers van de Technische Universiteit Delft en de Universiteit van Wenen hebben nu een macroscopisch systeem ontworpen dat verstrengeling vertoont tussen mechanische fononen en optische fotonen.


Ze hebben de verstrengeling getest met behulp van een Bell-test, een van de meest overtuigende en belangrijke tests om te laten zien dat een systeem zich niet-klassiek gedraagt.


Meteen vanaf de geboorte van de kwantumtheorie, meer dan honderd jaar geleden, beseften fysici dat deze wel eens strijdig zou kunnen zijn met sommige basisaxioma's van de klassieke fysica. In het bijzonder gaat het om de vraag of informatie sneller kan worden uitgewisseld dan de lichtsnelheid (dit principe heet lokaliteit), en of het bestaan fysieke entiteiten afhangt van of ze worden waargenomen (realisme). Beroemd is het verhaal dat Albert Einstein aan zijn biograaf Abraham Pais vroeg of hij echt dacht dat de maan alleen bestond wanneer hij ernaar keek.


Met een verhit debat tussen Einstein en Niels Bohr over deze strijdigheid van axioma's in de jaren dertig begonnen tientallen jaren van onderzoek naar de correlaties tussen kwantumsystemen. Dit fenomeen, dat kwantumverstrengeling heet, ontpopte zich tot een van de belangrijkste voorspellingen van de kwantummechanica. Werk van John Bell in de jaren zestig maakte de weg vrij naar experimenten (de Bell-tests) om deze principes te testen, en het debat werd verrijkt met nieuwe en opwindende resultaten. De meeste kwantumexperimenten die tot op heden zijn uitgevoerd, hadden echter betrekking op één of een relatief klein aantal deeltjes.

 

Kwantumcorrelaties

Een team van wetenschappers onder leiding van Simon Gröblacher van de TU Delft is gaan werken met een geheel nieuwe schaal van kwantummetingen. Ze hebben een object gemaakt dat correlaties opleverde tussen de trillingsbeweging van optomechanische siliciumoscillatoren bestaande uit ongeveer 10 miljard atomen, en optische modi. De objecten werden binnen een dilutiekoelapparaat afgekoeld tot hun bewegingsgrondtoestand en werden vervolgens gesondeerd met verschillende laserpulsen. Voor specifieke laserfrequenties kan er interactie ontstaan tussen het licht en de objecten, waarbij ofwel de beweging op een gecontroleerde manier wordt geëxciteerd, ofwel de toestand wordt uitgelezen. Wanneer dit gebeurt, ontstaan er correlaties tussen het verstrooide licht en de objecten, die het mogelijk maken om het gedrag van de een perfect te voorspellen aan de hand het gedrag van de ander.


Om te testen of er bij de correlaties in hun systeem kwantummechanica aan het werk was en geen klassieke fysica, voerden ze een Bell-test uit. Het foton en het fonon kregen in feite een keuze voorgelegd: het experiment was op zo'n manier opgezet dat ze elk konden worden geregistreerd in een van twee detectoren, en dat beide uitkomsten even waarschijnlijk waren. Daardoor was het onmogelijk om het resultaat voor fotonen of fononen afzonderlijk te voorspellen. Vanwege de correlaties tussen de twee kon er echter voor worden gezorgd dat de fononen altijd een overeenkomstig meetresultaat aan de fotonen doorgaven. In ongeveer 80% van de gevallen bleken ze zich inderdaad zo te gedragen, wat ruim meer is dan de klassieke grenswaarde voor Bell-tests van ongeveer 70%.

 

Grondige test

Bij de echte Bell-test ging het erom bepaalde experimentele parameters bij te stellen die de twee deeltjes op verschillende manieren beïnvloedden, en werd er gekeken wanneer deze afhankelijkheid ophield te bestaan. Kwantummechanisch blijven de meetresultaten van de twee veel langer gecorreleerd dan klassiek gezien is toegestaan. "Dit is de grondigste test tot op heden van een groot object dat zich kwantummechanisch gedraagt", zegt Gröblacher.


Deze resultaten impliceren dat de kwantummechanica ook geldt voor het macroscopisch domein. Bovendien kan het object dat de onderzoekers hebben gemaakt, worden vergroot en verbeterd. Gröblacher: "Aangezien ons experimentele protocol onafhankelijk is van de grootte van de oscillator, leggen deze resultaten de basis voor de mogelijkheid om de grens tussen klassieke en kwantumfysica te onderzoeken met willekeurig grote objecten, zelfs objecten die met het blote oog te zien zijn."

 

Gerelateerd nieuws

Nieuwe Europese innovatiegemeenschappen voor Manufacturing en Urban Mobility

Nieuwe Europese innovatiegemeenschappen voor Manufacturing en Urban Mobility

Het Europees Instituut voor Innovatie en Technologie (EIT) heeft de winnende teams bekendgemaakt die de volgende innovatiegemeenschappen zullen oprichten: EIT Manufacturing en EIT Urban Mobility. De pan-Europese…

Goud smelten bij kamertemperatuur

Goud smelten bij kamertemperatuur

Onder druk wordt alles vloeibaar. En onder invloed van een elektrisch veld? Onder invloed van een elektrisch veld hebben wetenschappers van onder meer de Chalmers universiteit (Se) goud doen smelten bij kamertemperatuur…

Hack-activiteiten nu op tijd vindbaar en zichtbaar

Hack-activiteiten nu op tijd vindbaar en zichtbaar

Cyberaanvallen zijn er tegenwoordig op gericht in één keer krachtig toe te slaan en grote schade te veroorzaken. Vaak vergen ze maanden van geheime voorbereiding. Om op tijd verdachte activiteit in dataverkeer aan het…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
PROTECT PSC1: programmeerbaar, modulair, multifunctioneel en kostenbesparend

De PROTECT PSC1-veiligheidsbesturing is compact, heeft een modulaire structuur en kan uiterst flexibel worden ingezet....

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV
B&R Industriële Automatisering BV

Perfection in Automation

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Safe PCB Nederland
Safe PCB Nederland

Printplaten/PCB's, prototype en series

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

23 november 2018, Groningen

BEYOND THE LAB: the DIY Science Revolution

Dit project laat zien dat mensen mee kunnen doen aan wetenschap en samen de verantwoordelijkheid delen...

10 januari 2019, BNR Nieuwsradio

BNR Techniektour

Radioprogramma BNR Techniektour maakt duidelijk welke impact techniek heeft op onze samenleving en...

11 januari 2019, D&F kantoor Breda

4-daagse masterclass Process Safety voor Engineers

Optimaliseer uw procesveiligheids-management systeem met als resultaat minder ongevallen en stijgende...

Meer agendapunten »