Voor de beste ervaring schakelt u JavaScript in en gebruikt u een moderne browser!
Je gebruikt een niet-ondersteunde browser. Deze site kan er anders uitzien dan je verwacht.

De quantumwereld en onze alledaagse wereld zijn heel verschillende plekken. In een publicatie die deze week verscheen als 'Editor’s Suggestion' in Physical Review A, onderzoeken UvA-natuurkundigen Jasper van Wezel en Lotte Mertens en hun collega’s hoe het meten van een quantumdeeltje het verandert in een alledaags object.

Ondanks de onzekerheden die een rol spelen in de quantumwereld, leveren metingen aan quantumdeeltjes in onze alledaagse wereld exacte uitkomsten. Hoe bewerkstelligt het meetproces deze transformatie?

De quantummechanica is de theorie die de allerkleinste objecten in de wereld om ons heen beschrijft, van de bestanddelen van individuele atomen tot kleine stofdeeltjes. Deze microscopische wereld gedraagt zich opvallend anders dan wat we in het dagelijks leven ervaren – hoewel ook in onze wereld op menselijke schaal alle objecten zelf van quantumdeeltjes zijn gemaakt. Dit leidt tot intrigerende natuurkundige vragen: waarom zijn de quantumwereld en de macroscopische wereld zo anders, waar ligt de scheidslijn, en wat gebeurt daar precies?

Meetprobleem

Eén situatie waarin het onderscheid tussen quantum en klassiek essentieel wordt, is wanneer we een grootschalig object gebruiken om een meting te verrichten aan een quantumsysteem. De scheiding tussen de quantum- en de alledaagse wereld komt dan neer op de vraag hoe ‘groot’ het meetinstrument moet zijn om in staat te zijn de quantumeigenschappen te laten zien op een display in onze alledaagse wereld. Het achterhalen van de details van metingen, zoals het antwoord op de vraag hoeveel quantumdeeltjes er nodig zijn om een meetapparaat te maken, staat bekend als het quantum-meetprobleem.

Naarmate de experimenten die de wereld van de quantummechanica onderzoeken geavanceerder worden, en betrekking hebben op steeds grotere quantumobjecten, naderen we de onzichtbare scheidslijn waar quantumgedrag overgaat in klassieke meetuitkomsten snel. In een artikel dat deze week als “Editor’s Suggestion” in Physical Review A werd uitgelicht, inventariseren UvA-natuurkundigen Jasper van Wezel en Lotte Mertens en hun collega’s de huidige modellen die het meetprobleem proberen op te lossen – in het bijzonder de modellen die dat doen door kleine wijzigingen aan te brengen in de centrale wiskundige vergelijking die al het quantumgedrag regeert: de Schrödingervergelijking.

De Born-regel

De onderzoekers laten zien dat dergelijke modificaties in principe kunnen leiden tot consistente voorstellen voor het oplossen van het meetprobleem. Het blijkt echter erg moeilijk te zijn om modellen op te stellen die daarbij ook aan de Born-regel voldoen; een regel die zegt hoe we de Schrödingervergelijking moeten gebruiken om meetuitkomsten te voorspellen. De wetenschappers tonen aan dat alleen modellen die wiskundig complex genoeg zijn (in technische termen: modellen die niet-lineair en niet-unitair zijn) Born’s regel kunnen reproduceren, en daarmee een kans hebben om het meetprobleem op te lossen en ons iets te leren over de ongrijpbare overgang tussen de quantumwereld en de wereld van alledag.

Publicatie

Inconsistency of linear dynamics and Born’s rule, Lotte Mertens, Matthijs Wesseling, Niels Vercauteren, Alonso Corrales-Salazar en Jasper van Wezel, Phys. Rev. A 104 (2021), 052224.