Natuurkundigen hebben een geheel nieuwe manier voorgesteld om het kwantumsuperpositieprincipe te testen:het idee dat een kwantumobject tegelijkertijd in meerdere toestanden kan bestaan. De nieuwe test is gebaseerd op het onderzoeken van de kwantumrotatie van een macroscopisch object, met name een rotor op nanoschaal, die ondanks zijn kleine formaat als macroscopisch wordt beschouwd.

Tot nu, de meeste tests van kwantumsuperpositie zijn gebaseerd op lineaire, in plaats van roterend, beweging. Door de rotatiebeweging te onderzoeken, de nieuwe test kan leiden tot toepassingen zoals quantum-enhanced torque sensing, en kan inzicht geven in een verscheidenheid aan open vragen, zoals wat ervoor zorgt dat de kwantumgolffunctie instort.

de fysici, onder leiding van Klaus Hornberger aan de Universiteit van Duisburg-Essen, Duitsland, hebben een paper over de voorgestelde test gepubliceerd in een recent nummer van de Nieuw tijdschrift voor natuurkunde .

Kwantumsuperpositie ontstaat omdat, op de kwantumschaal, deeltjes gedragen zich als golven. Vergelijkbaar met de manier waarop meerdere golven elkaar kunnen overlappen om een ​​enkele nieuwe golf te vormen, kwantumdeeltjes kunnen tegelijkertijd in meerdere overlappende toestanden bestaan. Als kwantumsuperpositie zich in het dagelijks leven voordeed, we zouden fenomenen kunnen waarnemen zoals de kat van Schrödinger, die tegelijkertijd dood en levend is totdat het wordt gemeten, dwingen om een ​​enkele staat aan te nemen.

In de nieuwe krant de onderzoekers stellen voor om een ​​rotor op nanoschaal te laten zweven met behulp van een optisch pincet, die worden gevormd door twee zich in tegengestelde richting voortplantende gepolariseerde laserstralen die ervoor zorgen dat de rotor strak wordt uitgelijnd met de veldpolarisatie. Als de stralen zijn uitgeschakeld, echter, de strak georiënteerde rotor zal naar verwachting snel uiteenvallen in een superpositie van alle mogelijke rotatietoestanden als deze door de zwaartekracht naar de grond valt.

interessant, er wordt voorspeld dat de rotor "kwantumopwekkingen" zal ervaren, waarbij, met regelmatige tussenpozen, de collectieve interferentie van alle rotatietoestanden leidt tot het opnieuw verschijnen van de oorspronkelijke toestand die het innam toen het werd uitgelijnd door de laserstralen. De oriëntatie kan eventueel worden gemeten door de rotor te verlichten met een zwakke sondelaser, en de vanglaser kan weer worden ingeschakeld om de rotor in deze toestand te vangen voordat deze de grond bereikt.

Tot dusver, oriënterende kwantumopwekkingen zijn alleen waargenomen in gassen van diatomische moleculen. Aangezien de nanostaafjes uit minstens 10 bestaan, 000 atomen, ze zijn veel groter dan de diatomische moleculen, waardoor kwantummechanica kan worden getest in een onbekend regime.

De natuurkundigen verwachten dat het mogelijk zal zijn om kwantumopwekkingen van de nanostaafjes waar te nemen met behulp van bestaande technologie, zoals door een koolstofnanobuis als rotor te gebruiken. Als, de waarneming zou een nieuwe macroscopische test van kwantumsuperpositie vertegenwoordigen.

"Door de kwantumopwekkingen te observeren, we hopen de kwantummechanica te bevestigen op een ongekende massa- en complexiteitsschaal, daarmee de grens van kwantum naar klassiek verkennen, "Hornberger vertelde" Phys.org .

In de toekomst, co-auteur James Millen, nu aan King's College London, is van plan om het voorgestelde experiment uit te voeren om macroscopische kwantumopwekkingen te detecteren.

"Testen of de kwantumfysica kapot gaat bij een hoge massa is een spannende, en toch ontmoedigend, uitdaging, Millen zei. "Misschien moeten we geheel nieuwe technologieën ontwikkelen om deeltjes op nanoschaal te isoleren, of zelfs experimenten in de ruimte uitvoeren. Echter, dit experiment dat we voorstellen opent een geheel nieuwe weg naar het onderzoeken van raadselachtige kwantumeffecten, op een manier die naar mijn stellige overtuiging haalbaar is met de technologie van vandaag. Verder, we zullen deze fysica kunnen gebruiken om bruikbare apparaten met een ongekende gevoeligheid te ontwikkelen."

© 2018 Wetenschap X Netwerk