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

Groei aantal robots vertraagt ‘verontrustend’

Groei aantal robots vertraagt ‘verontrustend’

Het aantal robots in de industrie is de laatste tien jaar vervijfvoudigd. Eind 2019 zijn er 12.000 industriële robots. ‘Verontrustend is dat het groeitempo afneemt’, stelt ING na onderzoek. ‘Juist een versnelling…

Mobiele 3D-printer maakt defensiemissies goedkoper

Mobiele 3D-printer maakt defensiemissies goedkoper

Als militairen een 3D-printer meenemen op vredesmissies, kunnen ze tonnen besparen doordat ze op locatie onderdelen kunnen printen. Bovendien hebben ze de benodigde onderdelen sneller in hun bezit. Hetzelfde geldt voor…

Zeeworm inspireert tot onderwaterlijm

Zeeworm inspireert tot onderwaterlijm

Lijm en water zijn geen geslaagde combinatie. Toch heeft WUR-promovendus Marco Dompé het voor elkaar gekregen om onderwaterlijm te maken. Met dank aan de natuur.

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
Nieuw! Lichtschermen PSENopt II - van top tot teen volledig beveiligd

Pilz maakt het portfolio met lichtschermen compleet: De lichtschermen PSENopt II zijn niet alleen verkrijgbaar voor...

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

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Tosec
Tosec

Specialist in plaatbewerking

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

20 mei 2019, Eindhoven

Dutch Technology Week

Tijdens de Dutch Technology Week worden in heel Nederland wonderlijke en innovatieve technologieverhalen...

22 mei 2019, Gent

Advanced Engineering

Vakbeurs Advanced Engineering verzamelt 100 exposanten en 50 sprekers op het gebied van design,...

23 mei 2019, Hotel Van der Valk Utrecht

UPDATE MACHINEVEILIGHEID

Bij de laatste ontwikkelingen in machineveiligheid horen ook moderne interpretaties.

Meer agendapunten »