De simpele opstelling. A en B zijn respectievelijk het optische component en het metamateriaal. Als het licht linksom even snel loopt als rechtsom, dan verlaat het de opstelling via de heldere poort (B), zo niet dan via de donkere poort (D) (afb: Nature)

Kwantummechanica is voor velen een brug te ver, maar troost, ook genieën konden er geen chocola van maken. ‘God dobbelt niet’, zei Einstein, die weinig zag in de kwantumtheorie en de Deen Niels Bohr, een van de grondleggers van de theorie, zei dat als iemand stelde de kwantumtheorie door te hebben die er niks van heeft begrepen. Kwantummechanica wordt geschraagd door wiskunde. Die beschrijft hoe de vreemde kwantumwereld werkt, maar omdat er nog wat losse eindjes zijn hebben andere kwantummechanici nieuwe regels bedacht. Een daarvan is de hypercomplexe kwantumtheorie. Die is nergens voor nodig, vonden Oostenrijkse kwantummechanici na een experiment met een interferometer.

De standaardregels van de kwantummechanica blijken over het algemeen erg goed te werken, maar er zijn nog steeds wat losse eindjes. Die hebben kwantummechanici verleid alternatieve versies van de wiskundige regels te bedenken die oude experimenten kunnen verklaren, maar bovendien nieuwe inzichten zouden geven in de onderliggende kwantummechanische structuur. Sommige alternatieve regels voorspellen zelfs nieuwe effecten. Leuk voor een wetenschapper (die nooit klaar is met het bedrijven van wetenschap).

In de standaardkwantummechanica worden complexe getallen gebruikt. Een alternatieve kwantumtheorie gebruikt hypercomplexe getallen, een veralgemening van de complexe getallen. Met de nieuwe regels kunnen de meeste kwantummechanische proeven adekwaat voorspeld worden, maar die hypercomplexe regels voorspellen ook dat sommige bewerkingen in de standaardkwantummechanica ‘samenvallen’ dat niet doen in de echte wereld.
Zo maakt het niet uit of je een rondje door het park linksom of rechtsom loopt, je komt op dezelfde plaats uit. Ze vallen samen. Dat ‘samenvallen’ gaat mis als je linksom eerst geld vindt en later een ijsboer waarbij je met dat gevonden geld een ijsje kan kopen. Rechtsom kom je eerst de ijsboer tegen en vind je later het geld en loop je zonder ijsje (maar met geld) het park onverfrist weer uit. Beide handelingen vallen niet samen.
Een groep onder aanvoering van Philip Walter van de universiteit van Wenen heeft die afwijkingen van de standaardwantummechanica zoals voorspeld door de hypercomplexe kwantumtheorie nu eens onder de loep genomen. De onderzoekers zetten een experiment op waarin het park van hierboven is vervangen door een interferometer, een apparaat dat, in dit geval, een enkel foton (lichtdeeltje) tegelijkertijd twee parkoersen kan laten afleggen. Ze vervingen het geld en het ijsje door normaal optisch materiaal en speciaal ontworpen metamateriaal. Het optische component vertraagde het licht(deeltje) enigszins, terwijl het metamateriaal de snelheid iets opvoerde.

Niet nodig

Volgens de ‘ouderwetse’ kwantummechanica maakt het niet uit of het foton eerst door het optische component ‘reist’ en daarna door het metamateriaal of andersom. De beide handelingen ‘vallen samen’. In de hypercomplexe theorie hoeft dat niet zo te zijn. Uit het gedrag van de gemeten fotonen zou zijn gebleken dat de hypercomplexe theorie helemaal niet nodig is om het experiment te beschrijven. De onderzoekers zeggen overigens wel dat het altijd heel moeilijk is dat onomstotelijk te bewijzen.
“We willen de proeven wel doen onder andere omstandigheden en zelfs met een hogere nauwkeurigheid om meer bewijs te vergaren die de standaardkwantummechanica ondersteunt”, zegt medeonderzoeker Lee Rozema. Dit onderzoek lijkt de noodzaak van de hypercomplexe kwantumtheorie te hebben ondergraven, maar dat is niet de enige die de standaardkwantumtheorie ‘bedreigt’. Voorlopig blijft de standaardtheorie onbegrijpelijk genoeg…

Bron: EurekAlert