ENGINEERINGNET.BE - De quantummechanica is de theorie die de allerkleinste objecten in de wereld om ons heen beschrijft, van de bestanddelen van individuele atomen tot kleine stofdeeltjes.
Deze microscopische wereld gedraagt zich opvallend anders dan wat we in het dagelijks leven ervaren – hoewel ook in onze wereld op menselijke schaal alle objecten zelf van quantumdeeltjes zijn gemaakt.
Dit leidt tot intrigerende natuurkundige vragen: waarom zijn de quantumwereld en de macroscopische wereld zo anders, waar ligt de scheidslijn, en wat gebeurt daar precies?
Eén situatie waarin het onderscheid tussen quantum en klassiek essentieel wordt, is wanneer we een grootschalig object gebruiken om een meting te verrichten aan een quantumsysteem.
De scheiding tussen de quantum- en de alledaagse wereld komt dan neer op de vraag hoe ‘groot’ het meetinstrument moet zijn om in staat te zijn de quantumeigenschappen te laten zien op een display in onze alledaagse wereld.
Het achterhalen van de details van metingen, zoals het antwoord op de vraag hoeveel quantumdeeltjes er nodig zijn om een meetapparaat te maken, staat bekend als het quantum-meetprobleem.
Naarmate de experimenten die de wereld van de quantummechanica onderzoeken geavanceerder worden, en betrekking hebben op steeds grotere quantumobjecten, naderen we de onzichtbare scheidslijn waar quantumgedrag overgaat in klassieke meetuitkomsten snel.
UvA-natuurkundigen Jasper van Wezel en Lotte Mertens en hun collega’s inventariseerden daarom de huidige modellen die het meetprobleem proberen op te lossen – in het bijzonder de modellen die dat doen door kleine wijzigingen aan te brengen in de centrale wiskundige vergelijking die al het quantumgedrag regeert: de Schrödingervergelijking.
De onderzoekers laten zien dat dergelijke modificaties in principe kunnen leiden tot consistente voorstellen voor het oplossen van het meetprobleem. Het blijkt echter erg moeilijk te zijn om modellen op te stellen die daarbij ook aan de Born-regel voldoen; een regel die zegt hoe we de Schrödingervergelijking moeten gebruiken om meetuitkomsten te voorspellen.
De wetenschappers tonen aan dat alleen modellen die wiskundig complex genoeg zijn, ofwel modellen die niet-lineair en niet-unitair zijn, Born’s regel kunnen reproduceren, en daarmee een kans hebben om het meetprobleem op te lossen en ons iets te leren over de ongrijpbare overgang tussen de quantumwereld en de wereld van alledag.
