Plaatje geïnspireerd op de kat van Schrödinger (afb: Andrea Alberti)

Ik kan niet op twee plaatsen tegelijk zijn is om aan te geven dat je alleen kunt zijn waar je bent en niet elders. In de kwantummechanische wereld is dat anders. De kat van Schrödinger moet die tweeheid, superpositie genoemd, illustreren. Allerlei kwantumtoestanden kunnen zich tegelijk voordoen. Ik heb dat altijd opgevat als een wijze van spreken, omdat wij als hampelige mensen niet in staat zijn de werkelijke toestand te beschrijven of, beter, de toestand werkelijk te beschrijven, net zoals bij het duale karakter van licht. Nu schijnen onderzoekers van de universiteit van Bonn (D) aannemelijk te hebben gemaakt dat cesium-atomen op twee plaatsen tegelijk kunnen zijn. Atomen behoren kennelijk ook tot die voor ons idiote kwantumwereld.
De onderzoekers zouden hebben aangetoond, dat een cesiumatoom tegelijkertijd twee wegen zou hebben gevolgd. Volgens die verrekte kwantummechanica, zowat 100 jaar geleden opgetuigd door mensen als Werner Heisenberg en Erwin Schrödinger, hoeven in de kwantumwereld objecten zich niet volgens een welgedefinieerd pad te verplaatsen, maar kunnen ze diverse routes nemen en op verschillende plaatsen uitkomen. Vreemd verhaal: ik kan niet op twee plaatsen tegelijk zijn, maar in de kwantumwereld is dat kennelijk geen probleem. Hoe zit dat? “Er zijn twee verschillende interpretaties”, zegt Andrea Alberti van het instituut voor toegepaste natuurkunde van de universiteit van Bonn. “Kwantummechanica staat superpositie toe van grote, macroscopische objecten, maar deze toestand is erg kwetsbaar. Zelfs het volgen van het object vernietigt die superpositie en dat vervolgt dan normaal één pad. Het kan echter ook zijn dat grote objecten zoals ballen geheel andere regels volgen dan afzonderlijke atomen. Volgens deze interpretatie volgt het macroscopische object altijd een welbepaalde weg, onafhankelijk van onze waarneming in tegenstelling tot een atoom.”
Samen met Clive Emary van de universiteit van Hull (GB) heeft Alberti een proef opgezet om te bezien welke van de interpretaties juist is. Alberti: “We moesten een meetmethode zien te ontwikkelen van atoomposities die macro-realistische theorieën kon falsificeren.” Met behulp van twee optische ‘pincetten’ pakten ze een cesiumatoom, die dat twee tegenovergestelde kanten op trokken. In de zoals Alberti dat noemt macro-realistische wereld kan dat atoom maar op een van de twee eindlocaties zijn. In de kwantummechanica op twee. Om te kijken waar het atoom zich bevond, hadden de onderzoekers een indirecte meetmethode ontwikkeld. Ze keken waar het atoom niet was. Het plaatje hierbij helpt dat te verklaren. Onder een van de twee bekers zit een kat (het atoom in superpositie). In geval b) licht je de rechter beker op. Niks. Dus zit de kat onder de ander. De beker met de kat (het atoom in superpositie) hebben we niet aangeraakt. Als we de linker beker hadden opgericht dan hadden we de superpositie verstoord: de kat is dood (c. Die meting is dan ongeldig.
In de macroscopische wereld zou de meting geen invloed hebben op de gezondheidstoestand van de kat. In de kwantumwereld zou een negatieve meting als in b) al voldoende zijn om de kwantumsuperpositie te verstoren. Dat is precies wat de onderzoekers in Bon zagen gebeuren. Volgens de onderzoekers sluit dat uit dat de cesiumatomen de macro-realistische theorie volgen. “Dat betekent nog niet meteen dat grote objecten de kwantummechanicaregels volgen”, zegt Alberti. “De volgende stap is de cesiumatomen in twee posities een paar millimeter van elkaar te scheiden. Als we dan nog steeds een superpositie vinden, dan krijgt de macro-realistische theorie een nieuwe klap.”

Bron: Eurekalert