18 april 2021

Kwantum zwaartekracht lijkt toch testbaar te zijn

Credit: Universiteit van Nottingham.

Het heelal kan op twee manieren goed beschreven worden: aan de ene kant is er de klassieke methode met Newton’s zwaartekrachttheorie en Einstein’s Algemene Relativiteitstheorie, waarmee dingen met grote massa en omvang kunnen worden beschreven, van sterren en planeten via (clusters van) sterrenstelsels tot aan het heelal. Aan de andere kant is er de methode van de kwantummechanica, waarmee dingen met kleine massa en omvang kunnen worden beschreven, de wereld van elementaire deeltjes en de natuurkrachten daartussen. In de klassieke wereld zijn de eigenschappen van objecten, zoals hun positie en beweging, absoluut. Aarde en maan staan gemiddeld 385.000 km van elkaar vandaan en toen 30 juli 2020 de Perseverance werd gelanceerd wisten ze al dat ‘ie op 18 februari 2021 om 21.55 uur na een reis van 471 miljoen km op Mars zou landen. In de kwantumwereld daarentegen zijn de dingen niet absoluut, maar waarschijnlijk. Van atomen weten we niet exact wat hun positie en beweging is, maar moeten we werken met berekeningen van waarschijnlijkheid.

Routekaart naar kwantum zwaartekracht. Credit: Wikipedia/ Raidr/B. Jankuloski.

Nou zijn er situaties waarbij de klassieke wereld en de kwantumwereld elkaar raken en dan heb je het probleem dat er niet een overlappende theorie is. Dat is bijvoorbeeld het geval als er heel veel massa in een heel klein volume zit, zoals bij zwarte gaten, of in het meest extreme geval, de oerknal, toen het hele heelal in een speldeknop zat. In dergelijke situaties schieten de huidige methodes tekort en zou je eigenlijk een theorie van de kwantum zwaartekracht moeten hebben. Maar die theorie is er nog niet. Nou ja, theorieën zijn er eigenlijk wel, alleen vallen ze experimenteel niet te testen en verifiëren, da’s het grote probleem. Maar nu is er recent een voorstel gedaan waarmee dat mogelijk welk kan worden gedaan! Sleutel tot een meetbare theorie van kwantum zwaartekracht is dat je een object moet hebben dat van zichzelf beschreven wordt door de kwantummechanica, maar dat zo zwaar is dat het de effecten van de klassieke zwaartekracht (van Newton en Einstein) voelt.

Een team van natuurkundigen onder leiding van Richard Howl (Universiteit van Nottingham) heeft een manier bedacht om een Einstein-Bose condensaat te krijgen, een supergekoeld gas waarin de atomen zich gedragen als één object in een bepaalde kwantumstaat, ook wel de vijfde staat genoemd waarin materie kan verkeren. Miljarden van dergelijke atomen hebben bij elkaar de massa van ongeveer een virus en da’s zwaar genoeg om zwaartekrachtseffecten van te meten. Het team zegt dat zo’n condensaat magnetisch gevangen moet worden, zodat het volledig vrij is en alleen de zwaartekracht invloed heeft. Als zwaartekracht op kwantumniveau zou werken dat zou volgens Howl’s team de vorm van het condensaat iets gaan afwijken van een ‘Gaussiaanse vorm’, als de zwaartekracht alleen klassiek zou inwerken dan zou het Gaussiaans blijven. De natuurkundigen denken dat het mogelijk moet zijn om met de hedendaagse technologie een experiment op te zetten dat op deze manier kwantum zwaartekracht kan meten. Hier is het vakartikel van Howl et al, verschenen op 17 februari in PRX Quantum 2. Bron: Koberlein + Phys.org.

Comments

  1. Emanuel de Witt zegt

    Nergens kan ik vinden wat een Gaussiaanse vorm is, bedoeld in
    Als zwaartekracht op kwantumniveau zou werken dat zou volgens Howl’s team de vorm van het condensaat iets gaan afwijken van een ‘Gaussiaanse vorm’, als de zwaartekracht alleen klassiek zou inwerken dan zou het Gaussiaans blijven.

Laat een reactie achter aan Nico Antwoord annuleren

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: