De kwantumwereld en onze alledaagse wereld zijn heel verschillende plaatsen. In een publicatie die verscheen als de "Editor's Suggestion" in Physical Review A deze week onderzoeken UvA-natuurkundigen Jasper van Wezel en Lotte Mertens en hun collega's hoe het meten van een kwantumdeeltje het verandert in een alledaags object.

Kwantummechanica is de theorie die de kleinste objecten in de wereld om ons heen beschrijft, variërend van de bestanddelen van enkele atomen tot kleine stofdeeltjes. Dit microscopische rijk gedraagt ​​zich opmerkelijk anders dan onze dagelijkse ervaring - ondanks het feit dat alle objecten in onze wereld op menselijke schaal zelf uit kwantumdeeltjes zijn gemaakt. Dit leidt tot intrigerende natuurkundige vragen:waarom zijn de kwantumwereld en de macroscopische wereld zo verschillend, waar ligt de scheidslijn en wat gebeurt daar precies?

Meetprobleem

Een specifiek gebied waar het onderscheid tussen kwantum en klassiek essentieel wordt, is wanneer we een alledaags object gebruiken om een ​​kwantumsysteem te meten. De scheiding tussen de kwantum- en de alledaagse wereld komt dan neer op de vraag hoe 'groot' het meetapparaat moet zijn om kwantumeigenschappen met een display in onze dagelijkse wereld te kunnen weergeven. Het achterhalen van de details van metingen, zoals hoeveel kwantumdeeltjes er nodig zijn om een ​​meetapparaat te maken, wordt het kwantummeetprobleem genoemd.

Terwijl experimenten die de wereld van de kwantummechanica onderzoeken, steeds geavanceerder worden en steeds grotere kwantumobjecten betrekken, wordt de onzichtbare lijn waar puur kwantumgedrag overgaat in klassieke meetresultaten snel benaderd. In een artikel maken UvA-natuurkundigen Jasper van Wezel en Lotte Mertens en hun collega's de balans op van de huidige modellen die het meetprobleem proberen op te lossen, en met name de modellen die dat doen door kleine aanpassingen voor te stellen aan de enige vergelijking die alle kwantumgedrag regeert:de vergelijking van Schrödinger .

De regel van Born

De onderzoekers laten zien dat dergelijke aanpassingen in principe kunnen leiden tot consistente voorstellen voor het oplossen van het meetprobleem. Het blijkt echter moeilijk om modellen te maken die voldoen aan de regel van Born, die ons vertelt hoe we de vergelijking van Schrödinger kunnen gebruiken voor het voorspellen van meetresultaten. De onderzoekers laten zien dat alleen modellen met voldoende wiskundige complexiteit (in technische termen:modellen die niet-lineair en niet-unitair zijn) aanleiding kunnen geven tot de regel van Born en daarmee een kans hebben om het meetprobleem op te lossen en ons te leren over de ongrijpbare cross-over tussen kwantumfysica en de wereld van alledag.