Een Duitse natuurkundige stelt dat het mogelijk moet zijn om behoorlijk zware spiegels een quantummechanisch koppeltje te laten vormen.

De quantummechanica associëren we normaal gesproken met de wereld van het allerkleinste. Maar volgens de Duitse natuurkundige Roman Schnabel, verbonden aan de Universiteiten van Hamburg en Hannover, moet het mogelijk zijn om een quantummechanische band te smeden tussen twee spiegels van elk 100 gram.

Spookachtige interactie

Schnabel gaat daarbij uit van een voor fysici bekend ontwerp: dat van de Michelson-interferometer. Hierbij wordt licht – tegenwoordig in de vorm van een laserstraal – gesplitst in twee bundels. Deze twee bundels gaan vervolgens elk naar een eigen spiegel, die ze terugkaatst. Daarna worden de bundels weer samengevoegd. En als je de boel dan heel netjes afstelt, doven de twee bundels elkaar daarbij precies uit (destructieve interferentie).

Deze opstelling liet in de negentiende eeuw al zien dat er niet zoiets is als de ‘ether’; een medium in de ruimte dat lichtgolven nodig heeft om zich voort te kunnen bewegen. Momenteel wordt dezelfde truc ingezet om zwaartekrachtsgolven te vinden. Maar Schnabel (en andere fysici die eerder over hetzelfde idee schreven) wil deze opstelling gebruiken om een quantummechanische band te creëren tussen de spiegels die de lichtbundels terugsturen. Oftewel: ze met elkaar ‘verstrengelen’.

Zwaarder dan een tennisbal

Het verschijnsel verstrengeling werd oorspronkelijk voorgesteld door Albert Einstein, Boris Podolsky en Nathan Rosen (afgekort tot EPR). Heel in het kort houdt dit in dat twee objecten dankzij de quantummechanica een koppel kunnen vormen waarbij metingen aan de één de eigenschappen van de ander bepalen. Een intrigerend gegeven, want deze “spookachtige interactie op afstand”, zoals Einstein het noemde, werkt ook als je de beide deeltjes heel ver uit elkaar haalt.

Einstein vond verstrengeling zelf maar een ongeloofwaardig mechanisme, dat vooral moest laten zien dat er iets ontbrak aan de quantummechanica. Maar het blijkt daadwerkelijk voor te komen, zo hebben al tal van experimenten laten zien. En de truc is nu om zo zwaar mogelijke voorwerpen een ‘quantumkoppel’ te laten vormen.

Normaal heb je het dan nog steeds over naar menselijke begrippen heel lichte objecten – maar in het artikel van Schabel gaat het om twee spiegels van elk 100 gram. Zijn die verwerkt in een opstelling zoals hierboven omschreven, dan kunnen ze elk verstrengelen met de lichtstraal die ertegenaan stuitert. En als je die lichtstralen vervolgens weer bij elkaar brengt, kun je er zo voor zorgen dat de spiegels met elkáár verstrengeld raken. Dan zou je dus twee voorwerpen met elkaar verstrengeld hebben, die elk meer wegen dan een tennisbal.

Met twee extra spiegels (de gele blokken boven en rechts) worden de verstrengelde spiegels tegenover elkaar geplaatst (lichtblauw).

Bizarre regels

Een reden om zo’n opstelling te bouwen, is om te bekijken in hoeverre zwaartekracht ervoor zorgt dat de grote voorwerpen om ons heen zich anders gedragen dan kleine deeltjes, die de bizarre regels van de quantummechanica volgen.

Om dat soort onderzoek goed te kunnen doen, is het nog nodig om de twee spiegels, die normaal een heel eind van elkaar vandaan staan, tegenover elkaar te hangen. Dat wil Schnabel bereiken met twee extra spiegels; zie het plaatje rechts.

Of het bovenstaande plannetje echt gaat werken, is natuurlijk nog even afwachten. Maar zo ja, dan zou het een spectaculair groot quantumsysteem opleveren, dat heel interessante tests mogelijk maakt.

Meer weten? Lees ons interview met de Franse natuurkundegrootheid Alain Aspect, die enkele experimentele mijlpalen op dit gebied op zijn naam zette.

Bron: Physical Review A via Phys.org

Beeld: Phys. Rev. A 92, 012126