Wiskundigen aan de universiteiten van York, München en Cardiff hebben een unieke eigenschap van kwantummechanische deeltjes geïdentificeerd:ze kunnen in de tegenovergestelde richting bewegen van de richting waarin ze worden geduwd.

In het dagelijkse leven, objecten reizen in dezelfde richting als hun momentum - een auto in voorwaartse beweging gaat vooruit, en zeker niet achteruit.

Echter, dit is niet langer waar op microscopische schalen - kwantumdeeltjes kunnen gedeeltelijk achteruit gaan en in de richting tegengesteld aan hun momentum reizen. Deze unieke eigenschap staat bekend als 'backflow'.

Nieuwe ontdekking

Dit is de eerste keer dat dit is gevonden in een deeltje waar externe krachten op inwerken. Eerder, wetenschappers waren zich alleen bewust van deze beweging in "vrije" kwantumdeeltjes, waar geen kracht op hen inwerkt.

Met behulp van een combinatie van analytische en numerieke methoden, onderzoekers verkregen ook nauwkeurige schattingen over de sterkte van dit fenomeen. Dergelijke resultaten tonen aan dat terugstroming altijd aanwezig is, maar een vrij klein effect is, wat kan verklaren waarom het nog niet is gemeten.

Deze ontdekking maakt de weg vrij voor verder onderzoek naar de kwantummechanica, en zou kunnen worden toegepast op toekomstige experimenten op kwantumtechnologiegebieden zoals computercodering.

Uniek voor kwantumdeeltjes

Dr. Henning Bostelmann, Onderzoeker bij de afdeling Wiskunde van York, zei:"Deze nieuwe theoretische analyse van kwantummechanische deeltjes laat zien dat dit 'terugstroom'-effect alomtegenwoordig is in de kwantumfysica.

"We hebben aangetoond dat terugstroming altijd kan optreden, zelfs als er een kracht op het kwantumdeeltje werkt terwijl het reist. Het terugstroomeffect is het resultaat van de dualiteit van golven en deeltjes en de probabilistische aard van de kwantummechanica, en het is al goed begrepen in een geïdealiseerd geval van krachtvrije beweging."

Dr Gandalf Lechner, Onderzoeker aan de Wiskundeschool van de Universiteit van Cardiff, zei:"Krachten kunnen een deeltje natuurlijk achteruit laten gaan - dat wil zeggen, ze kunnen het weerspiegelen, en dit leidt natuurlijk tot een verhoogde terugstroom. Maar we konden aantonen dat zelfs in een volledig reflectievrij medium, terugstroming optreedt. In aanwezigheid van reflectie, anderzijds, we vonden dat terugstroming een klein effect blijft, en schatte de omvang ervan."

Krachten van buitenaf

Dr. Daniela Cadamuro, Onderzoeker aan de Technische Universiteit van München, zei:"Het terugstroomeffect in de kwantummechanica is al geruime tijd bekend, maar het is altijd besproken met betrekking tot 'vrije' kwantumdeeltjes, d.w.z., er werken geen externe krachten op het deeltje.

"Omdat 'vrije' kwantumdeeltjes een geïdealiseerd, misschien onrealistische situatie, we hebben aangetoond dat terugstroming nog steeds optreedt wanneer externe krachten aanwezig zijn. Dit betekent dat externe krachten het terugstroomeffect niet vernietigen, dat is een opwindende nieuwe ontdekking."

"Deze nieuwe bevindingen stellen ons in staat om de optimale configuratie te achterhalen van een kwantumdeeltje dat de maximale hoeveelheid terugstroom vertoont, wat belangrijk is voor toekomstige experimentele verificatie."