Universiteit Leiden Universiteit Leiden

Nederlands English

Bovengrens gevonden voor kwantumwereld

De kleine kwantumwereld en onze belevingswereld hebben andere natuurwetten. Leidse natuurkundigen zoeken naar de grens tussen beide werelden. In een artikel dat binnenkort verschijnt in Physical Review Letters stellen ze nu een bovenlimiet vast.

De natuurwetten in het domein van quanta – de allerkleinste deeltjes – passen totaal niet bij onze belevingswereld. We zijn gewend om objecten een exacte plaats en snelheid toe te kennen. Maar fundamentele deeltjes kun je alleen beschrijven met kansverdelingen. Alsof de politie een snelheidsboete uitdeelt voor rijden met 30 tot 250 km/h ergens tussen Amsterdam en Eindhoven, met een waarschijnlijkheidspiek voor 140 km/h in Utrecht.

Grens

Omdat de wetten in deze twee werelden totaal anders zijn, bestaat er misschien wel een duidelijke grens. Dan zou je per object, op basis van afmeting en gewicht, willen bepalen of het zich houdt aan de kwantummechanische of macroscopische wetten. Toch is het tot nu toe een raadsel waar deze grens dan precies ligt. Leids natuurkundige Tjerk Oosterkamp heeft met zijn groep een bovenlimiet vastgesteld, en komt zo misschien een stapje dichterbij het antwoord.

‘We sluiten steeds meer waardes uit, zodat we steeds de locatie van de grens iets meer insluiten,’ zegt Oosterkamp. ‘Als we nog maar een klein gebiedje overhouden, kunnen we onze experimenten beter ontwerpen om te zien wat er aan de rand van de kwantumwereld gebeurt.’

Parameters

Volgens een bepaald kwantummechanisch model kun je de positie van een deeltje beschrijven met een kansverdeling die soms spontaan ‘ineenstort’. Dan is zijn positie wél precies bepaald, binnen een bepaalde marge. Deze marge en hoe vaak de spontane instorting plaatsvindt, vormen de twee parameters waar natuurkundigen naar zoeken. Als ze die vinden, hebben ze hun formule compleet om een strakke scheidslijn te definiëren tussen de kwantum- en macrowereld.

De rode lijn geeft de bovenlimiet aan voor parameters rc (marge op de plaatsbepaling) en λ (frequentie van instortingen golffunctie per atomaire massaeenheid). De zwarte stippellijn geeft de verwachting weer van Oosterkamps volgende experiment. Het paarste balletje geeft een inschatting van de waardes gebaseerd op het feit dat elektronen rondom grote moleculen zich in elk geval wel kwantum gedragen. Uiteindelijk is het doel om de waardes van beide parameters te vinden. Dan is de formule compleet voor de grens tussen de kwantum- en macrowereld. Voor bepaalde afmeting en gewicht vertelt deze formule dan aan welke wetten een object zich houdt. 

Artikel

Upper bounds on spontaneous wave-function collapse models using millikelvin-cooled nanocantilevers, A. Vinante, M. Bahrami, A. Bassi, O. Usenko, G. Wijts, T.H. Oosterkamp, Physical Review Letters