ENGINEERINGNET.BE - Is zwaartekracht een kwantumfenomeen? Dat is een van de grote open vragen in de natuurkunde.
Vorig jaar heeft Anupam Mazumdar, hoogleraar Theoretische Natuurkunde aan de RUG, samen met met collega’s uit het Verenigd Koninkrijk een experiment bedacht dat deze vraag kan beantwoorden.
Centraal daarin staat een piepkleine diamant, slechts een paar nanometer groot, waarin een van de koolstofatomen is vervangen door stikstof. Volgens de kwantumtheorie kan een extra elektron in dit atoom de energie van een foton uit een laser wel of niet absorberen.
Absorptie van de energie zou de spin van het elektron veranderen. Dit zorgt voor een zogeheten superpositie van de diamant. Met behulp van een magnetisch veld is het mogelijk deze twee kwantumtoestanden te scheiden. Wanneer ze weer bij elkaar worden gebracht door het magneetveld uit te schakelen, ontstaat een interferentiepatroon.
De diamant is klein genoeg om in superpositie te zijn, maar groot genoeg om de invloed van de zwaartekracht te voelen. Wanneer twee van deze diamanten naast elkaar worden geplaatst in vrije val, verloopt de enige invloed die ze op elkaar hebben via de zwaartekracht die ze op elkaar uitoefenen.
Aangezien verstrengeling een kwantumfenomeen is, zou de verstrengeling van twee objecten die alleen een interactie via zwaartekracht hebben, bewijzen dat de zwaartekracht inderdaad een kwantumfenomeen is.
Maar elke bewegende massa zal een effect hebben op dit zeer gevoelige kwantumsysteem. Mazumdar en collega’s laten zien hoe die verstoringen zijn te minimaliseren.
Daartoe moet bijvoorbeeld in de capsule met het experiment de druk 10-15 Pascal zijn, bij een temperatuur van ongeveer 1 Kelvin. Dat is met de huidige stand van de techniek niet haalbaar, maar Mazumdar denkt dat het binnen twintig jaar wel mogelijk is.
Als het experiment eenmaal werkt is er nog meer mee te doen dan het onderzoeken van de vraag of zwaartekracht een kwantumfenomeen is.
Een optie is om zo’n meetsysteem in de Kuipergordel te plaatsen, waar het de beweging van ons zonnestelsel door de ruimte kan meten. Of bijvoorbeeld de baan van ruimtepuin.
(illustratie: RUG - Anupam Mazumdar)
Op de figuur boven:
Schema van het experiment. Een stroom deeltjes wordt gesplitst (onder) in twee stromen, en vervolgens gerecombineerd zodat een interferentiepatroon ontstaat (boven).
