Onderzoekers van de Universiteit van Cambridge hebben een kijkje genomen in het geheime domein van de kwantummechanica. In een theoretisch artikel gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordeling A , ze hebben aangetoond dat de manier waarop deeltjes interageren met hun omgeving kan worden gebruikt om kwantumdeeltjes te volgen wanneer ze niet worden waargenomen, wat voor onmogelijk werd gehouden.

Een van de fundamentele ideeën van de kwantumtheorie is dat kwantumobjecten zowel als een golf als als een deeltje kunnen bestaan, en dat ze niet als de een of de ander bestaan ​​totdat ze worden gemeten. Dit is het uitgangspunt dat Erwin Schrödinger illustreerde met zijn beroemde gedachte-experiment met een dode-of-misschien-niet-dode kat in een doos.

"Dit uitgangspunt, vaak aangeduid als de golffunctie, is meer gebruikt als een wiskundig hulpmiddel dan als een weergave van werkelijke kwantumdeeltjes, " zei David Arvidsson-Shukur, een doctoraat student aan Cambridge's Cavendish Laboratory, en de eerste auteur van het papier. "Daarom zijn we de uitdaging aangegaan om een ​​manier te vinden om de geheime bewegingen van kwantumdeeltjes te volgen."

Elk deeltje zal altijd interageren met zijn omgeving, het onderweg 'taggen'. Arvidsson-Shukur, in samenwerking met zijn co-auteurs Professor Crispin Barnes van het Cavendish Laboratory en Axel Gottfries, een doctoraat student van de Faculteit der Economische Wetenschappen, schetste een manier voor wetenschappers om deze 'tagging'-interacties in kaart te brengen zonder ernaar te kijken. De techniek zou nuttig zijn voor wetenschappers die metingen doen aan het einde van een experiment, maar de bewegingen van deeltjes tijdens het volledige experiment willen volgen.

Sommige kwantumwetenschappers hebben gesuggereerd dat informatie tussen twee mensen kan worden overgedragen - meestal Alice en Bob genoemd - zonder dat er deeltjes tussen hen reizen. In zekere zin, Alice krijgt het bericht telepathisch. Dit wordt contrafeitelijke communicatie genoemd omdat het indruist tegen het geaccepteerde 'feit' dat voor informatie die tussen bronnen moet worden overgedragen, deeltjes moeten ertussen bewegen.

"Om dit fenomeen van contrafeitelijke communicatie te meten, we hebben een manier nodig om vast te stellen waar de deeltjes tussen Alice en Bob zijn als we niet kijken, "zei Arvidsson-Shukur. "Onze 'tagging'-methode kan precies dat doen. Aanvullend, we kunnen oude voorspellingen van de kwantummechanica verifiëren, bijvoorbeeld dat deeltjes tegelijkertijd op verschillende locaties kunnen voorkomen."

De grondleggers van de moderne natuurkunde bedachten formules om de waarschijnlijkheid van verschillende resultaten van kwantumexperimenten te berekenen. Echter, ze gaven geen uitleg over wat een kwantumdeeltje doet als het niet wordt waargenomen. Eerdere experimenten hebben gesuggereerd dat de deeltjes niet-klassieke dingen kunnen doen als ze niet worden waargenomen, alsof je op twee plaatsen tegelijk bestaat. In hun krant de Cambridge-onderzoekers waren van mening dat elk deeltje dat door de ruimte reist, zal interageren met zijn omgeving. Deze interacties noemen ze het 'tagging' van het deeltje. De interacties coderen informatie in de deeltjes die vervolgens kan worden gedecodeerd aan het einde van een experiment, wanneer de deeltjes worden gemeten.

De onderzoekers ontdekten dat deze informatie gecodeerd in de deeltjes direct gerelateerd is aan de golffunctie die Schrödinger een eeuw geleden postuleerde. Voorheen werd de golffunctie gezien als een abstract computationeel hulpmiddel om de uitkomsten van kwantumexperimenten te voorspellen. "Ons resultaat suggereert dat de golffunctie nauw verwant is aan de werkelijke toestand van deeltjes, "zei Arvidsson-Shukur. "Dus, we hebben het 'verboden domein' van de kwantummechanica kunnen verkennen:het pad van kwantumdeeltjes vastpinnen wanneer niemand ze waarneemt."