Onderzoekers van de Universiteit van Wenen bestuderen de relevantie van kwantumreferentieframes voor de symmetrieën van de wereld

Volgens een van de meest fundamentele principes in de natuurkunde, een waarnemer op een rijdende trein gebruikt dezelfde wetten om een ​​bal op het perron te beschrijven als een waarnemer die op het perron staat - fysieke wetten zijn onafhankelijk van de keuze van een referentiekader. Referentieframes zoals de trein en het perron zijn fysieke systemen en volgen uiteindelijk kwantummechanische regels. Ze kunnen zijn, bijvoorbeeld, in een kwantumtoestand van superpositie van verschillende posities tegelijk. Dus, hoe zou de beschrijving van de bal eruit zien voor een waarnemer op zo'n "kwantumplatform"? Onderzoekers van de Universiteit van Wenen en de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen hebben aangetoond dat of een object (in ons voorbeeld, de bal) toont kwantumkenmerken afhankelijk van het referentiekader. De fysieke wetten, echter, zijn er nog steeds onafhankelijk van. De resultaten zijn gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Fysieke systemen worden altijd beschreven ten opzichte van een referentieframe. Bijvoorbeeld, een bal die op een perron stuitert, kan worden waargenomen vanaf het perron zelf of vanaf een passerende trein. Een fundamenteel principe van de natuurkunde, het principe van algemene covariantie, stelt dat de natuurkundige wetten die de beweging van de bal beschrijven, niet afhankelijk zijn van het referentiekader van de waarnemer. Dit principe is cruciaal geweest in de beschrijving van beweging sinds Galileo en centraal in de ontwikkeling van Einsteins relativiteitstheorie. Het bevat informatie over symmetrieën van de natuurwetten gezien vanuit verschillende referentiekaders.

Referentieframes zijn fysieke systemen, die uiteindelijk kwantummechanische regels volgen. Een groep onderzoekers onder leiding van Časlav Brukner van de Universiteit van Wenen en het Instituut voor Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI-Wenen) van de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen heeft zich afgevraagd of het mogelijk is om de natuurwetten te formuleren vanuit het oogpunt van weergave van een waarnemer die "vastzit" aan een kwantumdeeltje en om een ​​kwantumreferentieframe te introduceren. Ze konden aantonen dat je elk kwantumsysteem als een kwantumreferentieframe kunt beschouwen. Vooral wanneer een waarnemer in de trein het perron in een superpositie van verschillende posities tegelijk ziet, een waarnemer op het perron ziet de trein in een superpositie. Als gevolg hiervan, het hangt af van het referentiekader van de waarnemer of een object zoals de bal kwantum- of klassieke eigenschappen vertoont.

De onderzoekers toonden aan dat het Principe van Covariantie wordt uitgebreid tot dergelijke kwantumreferentieframes. Dit betekent dat de natuurwetten hun vorm behouden onafhankelijk van de keuze van het kwantumreferentieframe. "Onze resultaten suggereren dat de symmetrieën van de wereld op een meer fundamenteel niveau moeten worden uitgebreid, " zegt Flaminia Giacomini, de hoofdauteur van het artikel. Dit inzicht kan een rol spelen bij het samenspel van kwantummechanica en zwaartekracht - een regime dat grotendeels nog onontgonnen is - aangezien in dat regime verwacht wordt dat de klassieke notie van referentieframes niet voldoende zal zijn en dat referentieframes fundamenteel quantum.