(...) Arndt werkt al ongeveer dertig jaar aan opstellingen met steeds grotere en zwaardere deeltjes, om te kijken hoe ver ze de quantumwereld kunnen oprekken.
Hun meest recente resultaten verschenen eind januari in Nature. De metaalklompjes die ze in de Nature-publicatie beschrijven zijn voor quantumbegrippen gigantisch. Ze bestaan uit enkele duizenden natriumatomen en zijn daardoor zwaarder dan de meeste eiwitten. Met hun doorsnee van 0,000008 millimeter zijn ze ongeveer even groot als de transistors, de bouwstenen van moderne computerchips.
„We maken een bundel van metaaldeeltjes”, vertelt Arndt. Die brengen de onderzoekers vervolgens met lasers via een complex proces in een superpositie van verschillende locaties. „Om te testen of dit gelukt is, voeren we een soort tweespletenexperiment uit.”
Bij dit experiment schijn je een bundel licht of andere deeltjes op een plaat met twee smalle spleten. Gewone, klassieke deeltjes schieten door een van de twee spleten, waardoor er twee strepen van deeltjes vormen op een scherm achter de plaat. Quantumdeeltjes leveren een ander patroon omdat ze zich gedragen als golven die tegelijk door beide spleten gaan als ze tegen de plaat ‘klotsen’. Die golven interfereren achter de plaat, waarbij hun pieken en dalen elkaar versterken of uitdoven.
Dit resulteert in een zogenoemd interferentiepatroon van lichte en donkere strepen op het scherm. Arndt en zijn collega’s gebruikten geen fysieke plaat met spleten, maar een zogeheten staande laserlichtgolf, waarbij de knooppunten van de golf (waar de intensiteit het laagst is) fungeren als spleet en de antiknooppunten (met hoge intensiteit) de deeltjes verwijderen en dus dienst doen als plaat. Dit resulteerde in een interferentiepatroon zoals je verwacht van quantumdeeltjes. Zo konden ze aantonen dat de metaalklompjes quantumgolfgedrag vertonen.
Grotere massa’s, grotere superposities
De metaaldeeltjes waren niet de zwaarste ‘Schrödingers katten’ die ooit gemaakt zijn. Zo toonde Yiwen Chu, van de Zwitserse universiteit ETH Zürich, in 2023, met collega’s aan dat een mechanisch trillend keramisch materiaal van 16 microgram in quantumsuperpositie kon worden gebracht. „Wat het grootste quantumobject is, hangt ervan af wat je bedoelt”, zegt Chu. „Je kunt kijken naar de massa, het aantal atomen of bijvoorbeeld hoe groot de superpositie is, en dus hoe ver de twee posities waar een quantumdeeltje tegelijk is bij elkaar vandaan zijn.”
Hoewel Chu’s object veel zwaarder was dan dat van Arndt, was de superpositie die ze creëerde kleiner. „Kleinere, lichtere objecten zijn gemakkelijker in een grote superpositie te brengen dan grote zware objecten”, vertelt ze. „Maar de experimenten vullen elkaar aan. Markus [Arndt] werkt aan steeds grotere massa’s en wij proberen de superposities steeds groter te maken. Hopelijk komen onze experimenten op een dag bij elkaar.”
„Tot nu toe bevestigen alle experimenten de quantummechanica en is de grens naar de klassieke wereld nog niet in zicht”, zegt Arndt. En zijn team geeft niet op. Een quantumkat is misschien wat veel gevraagd, maar is een Schrödingers bacterie haalbaar? Arndt: „Dat is nog heel ver weg, maar het lijkt me niet onmogelijk.”
Geen opmerkingen:
Een reactie posten