Het kwantumgedrag van de zwaartekracht onthullen | technisch netwerk

ENGINEERINGNET.BE – Het is nog niet bekend of de zwaartekracht in wezen een kwantumkracht is, waarvan de eigenschappen op de kleinste schaal worden bepaald.

Of dat het een klassieke kracht is, waarvoor een grootschalige geometrische beschrijving volstaat. Of dat beide meningen onjuist zijn.

Ludovico Lami, wiskundig natuurkundige aan de Universiteit van Amsterdam en QuSoft: “De centrale vraag is om te begrijpen of het zwaartekrachtveld rond een zwaar object de zogenaamde kwantumsuperpositie kan binnengaan, waarbij het zich tegelijkertijd in verschillende toestanden zou bevinden.”

“Vóór ons werk was het hoofdidee om dit experimenteel te onderzoeken door te zoeken naar zwaartekrachtverstrengeling: een situatie waarin grote massa’s met elkaar verbonden zijn door het delen van kwantuminformatie. Het bestaan ​​van een dergelijke verstrengeling zou de hypothese weerleggen dat het zwaartekrachtveld puur lokaal is en klassiek. “

Het grootste probleem hier is dat zulke verre maar verbonden zware objecten, gedelokaliseerde staten genoemd, erg moeilijk te creëren zijn.

Het zwaarste object waarin deze kwantumdelokalisatie tot nu toe is waargenomen, is een groot molecuul, veel lichter dan de kleinste massa waarvan we het zwaartekrachtveld hebben kunnen waarnemen, iets minder dan 100 mg. De hoop op experimentele verificatie werd dus tientallen jaren naar de toekomst verwezen.

In het nieuwe onderzoek beschrijven Lami en zijn collega’s uit Amsterdam en Ulm een ​​mogelijke uitweg uit de impasse. Ze stellen een experiment voor dat het kwantumgedrag van de zwaartekracht kan onthullen zonder verstrengeling te veroorzaken.

Lami: “We hebben een hele reeks experimenten ontworpen en onderzocht met behulp van een systeem van massieve harmonische oscillatoren, bijvoorbeeld torsiebalansen. We berekenen de wiskundige limiet van de omvang van bepaalde experimentele signalen voor kwantumgedrag; De klassieke geometrische zwaartekracht mag die limiet niet overschrijden.”

“We hebben ook zorgvuldig geanalyseerd onder welke omstandigheden we ons voorstel als experiment in de praktijk kunnen implementeren. Hoewel hiervoor nog enige technologische vooruitgang nodig is, zullen dergelijke experimenten binnenkort binnen handbereik zijn.”

Verrassend genoeg moesten de onderzoekers om het experiment te analyseren nog steeds de wiskundige machinerie van de verstrengelingstheorie uit de kwantuminformatiewetenschap halen.

Lami: “Hoewel verstrengeling niet echt aanwezig is, speelt het op de achtergrond toch in heel precieze wiskundige zin een rol. Het punt is dat de verstrengeling aanwezig had kunnen zijn.”

De onderzoekers hopen dat hun voorstel zal helpen bij het ontwerpen van experimenten die de fundamentele vraag over de kwantumaard van de zwaartekracht kunnen beantwoorden.