ENGINEERINGNET.BE - Het is nu nog niet bekend of zwaartekracht in essentie een quantumkracht is, waarvan de eigenschappen op de allerkleinste schaal bepaald worden.
Of dat het gaat om een klassieke kracht, waarvoor een meetkundige beschrijving op grote schaal volstaat. Of dat beide gezichtspunten onjuist zijn.
Ludovico Lami, mathematisch fysicus aan de Universiteit van Amsterdam en QuSoft: “De kernvraag ligt in het begrijpen of het zwaartekrachtsveld rond een zwaar object in een zogeheten quantum-superpositie kan komen, waarbij het in verschillende toestanden tegelijkertijd zou zijn."
"Voorafgaand aan ons werk was het belangrijkste idee om dat experimenteel te onderzoeken via het zoeken naar door zwaartekracht veroorzaakte verstrengeling: een situatie waarin massa’s op grote afstand met elkaar verbonden zijn door het delen van quantuminformatie. Het bestaan van zulke verstrengeling zou de hypothese ontkrachten dat het zwaartekrachtsveld puur plaatselijk en klassiek is.”
Het voornaamste probleem hierbij is dat zulke ver van elkaar verwijderde maar verbonden zware objecten, gedelocaliseerde toestanden genoemd, heel lastig te maken zijn.
Het zwaarste object waarbij die quantum-delocalisatie tot nu toe is waargenomen, is een groot molecuul, véél lichter dan de kleinste massa waarvan we het zwaartekrachtsveld hebben kunnen waarnemen, iets onder de 100 mg. De hoop op een experimentele verificatie werd daarmee tientallen jaren naar de toekomst verwezen.
In de nieuwe studie beschrijven Lami en zijn collega’s uit Amsterdam en Ulm een mogelijke uitweg uit de impasse. Ze stellen een experiment voor dat het quantumgedrag van de zwaartekracht kan onthullen zonder verstrengeling te genereren.
Lami: “We ontwierpen en onderzochten een hele klasse van experimenten waarin gebruik wordt gemaakt van een systeem van massieve harmonische oscillatoren, bijvoorbeeld torsiebalansen. We berekenden de wiskundige grens aan de grootte van bepaalde experimentele signalen voor quantumgedrag; klassieke meetkundige zwaartekracht zou niet boven die grens uit moeten komen."
"We hebben ook nauwkeurig geanalyseerd wat de omstandigheden zijn waarin we ons voorstel in de praktijk als experiment kunnen uitvoeren. Hoewel daarvoor nog enige technologische vooruitgang nodig is, kunnen zulke experimenten al snel binnen bereik zijn.”
Verrassend genoeg moesten de onderzoekers, om het experiment te kunnen analyseren, alsnog de wiskundige machinerie van verstrengelingstheorie uit de quantuminformatiewetenschap uit de kast halen.
Lami: “Hoewel verstrengeling niet daadwerkelijk aanwezig is, speelt het toch op de achtergrond een rol in een heel precieze wiskundige betekenis. Het gaat erom dat verstrengeling aanwezig had kunnen zijn.”
De onderzoekers hopen dat hun voorstel helpt bij het ontwerpen van experimenten die de fundamentele vraag naar de quantumaard van zwaartekracht kunnen beantwoorden.
