Het onzekerheidsprincipe, voor het eerst geïntroduceerd door Werner Heisenberg in de late jaren 1920, is een fundamenteel concept van de kwantummechanica. In de kwantumwereld deeltjes zoals de elektronen die alle elektrische producten aandrijven, kunnen zich ook als golven gedragen. Als resultaat, deeltjes kunnen niet tegelijkertijd een goed gedefinieerde positie en momentum hebben. Bijvoorbeeld, het meten van het momentum van een deeltje leidt tot een verstoring van de positie, en daarom kan de positie niet precies worden gedefinieerd.

In recent onderzoek is gepubliceerd in Wetenschap , een team onder leiding van Prof. Mika Sillanpää van de Aalto Universiteit in Finland heeft aangetoond dat er een manier is om het onzekerheidsprincipe te omzeilen. Het team bestond uit Dr. Matt Woolley van de Universiteit van New South Wales in Australië, die het theoretische model voor het experiment heeft ontwikkeld.

In plaats van elementaire deeltjes, het team voerde de experimenten uit met veel grotere objecten:twee trillende drumvellen een vijfde van de breedte van een mensenhaar. De drumvellen werden voorzichtig gedwongen om zich kwantummechanisch te gedragen.

"In ons werk de drumvellen vertonen een collectieve kwantumbeweging. De trommels trillen in een tegengestelde fase aan elkaar, zodanig dat wanneer een van hen zich in een eindpositie van de trillingscyclus bevindt, de ander bevindt zich tegelijkertijd in de tegenovergestelde positie. In deze situatie, de kwantumonzekerheid van de beweging van de trommels wordt opgeheven als de twee trommels als één kwantummechanische entiteit worden behandeld, " legt de hoofdauteur van de studie uit, Dr. Laure Mercier de Lepinay.

Dit betekent dat de onderzoekers tegelijkertijd de positie en het momentum van de twee drumvellen konden meten - wat volgens het onzekerheidsprincipe van Heisenberg niet mogelijk zou moeten zijn. Door de regel te overtreden, kunnen ze extreem zwakke krachten karakteriseren die de drumvellen aandrijven.

"Een van de trommels reageert op de tegengestelde manier op alle krachten van de andere trommel, soort met een negatieve massa, " zegt Sillanpää.

Verder, de onderzoekers gebruikten dit resultaat ook om het meest solide bewijs tot nu toe te leveren dat zulke grote objecten kunnen vertonen wat bekend staat als kwantumverstrengeling. Verstrengelde objecten kunnen niet onafhankelijk van elkaar worden beschreven, ook al hebben ze een willekeurig grote ruimtelijke scheiding. Door verstrengeling kunnen paren objecten zich gedragen op een manier die in tegenspraak is met de klassieke fysica, en is de belangrijkste bron achter opkomende kwantumtechnologieën. Een kwantumcomputer kan bijvoorbeeld, veel sneller dan welke supercomputer ooit zou kunnen, de soorten berekeningen uitvoeren die nodig zijn om nieuwe medicijnen uit te vinden.

In macroscopische objecten, kwantumeffecten zoals verstrengeling zijn erg kwetsbaar, en worden gemakkelijk vernietigd door eventuele verstoringen uit hun omgeving. Daarom, de experimenten werden uitgevoerd bij een zeer lage temperatuur, slechts een honderdste graad boven het absolute nulpunt bij -273 graden.

In de toekomst, de onderzoeksgroep zal deze ideeën gebruiken in laboratoriumtests om het samenspel van kwantummechanica en zwaartekracht te onderzoeken. De trillende drumvellen kunnen ook dienen als interfaces voor het verbinden van knooppunten van grootschalige, gedistribueerde kwantumnetwerken.

Het artikel, "Quantummechanica-vrij subsysteem met mechanische oscillatoren, " door Laure Mercier de Lépinay, Caspar F. Ockeloen-Korppi, Matthew J. Woolley, en Mika A. Sillanpää is gepubliceerd in Wetenschap 7 mei.