Drie-spleten-experiment bevestigt quantummechanica

kijkmagazine

2010-07-26 16:00:31

Het is een klassiek natuurkunde-experiment: stuur deeltjes door twee spleten en bestudeer het patroon dat vervolgens ontstaat. Nu is het herhaald met een spleet extra.

Het twee-spleten-experiment laat misschien wel beter dan welk ander experiment dan ook zien wat er zo vreemd is aan de quantummechanica. Het werkt als volgt: maak twee dunne spleetjes naast elkaar in een plaat, zet die plaat voor een scherm, en richt vervolgens een bundel deeltjes op de spleetjes. Wat je misschien zou verwachten, is dat op het scherm twee opeenhopingen van deeltjes verschijnen; een achter elk gat. In plaats daarvan tekent zich een zogenoemd interferentiepatroon af: een soort streepjescode met afwisselend plekken waar veel en weinig deeltjes beland zijn. De deeltjes interfereren met elkaar, zoals dat heet, alsof het golven zijn.

Het grappige is dat dit interferentiepatroon te zien blijft als je deeltjes één voor één op de plaat met de twee spleetjes afvuurt. Gek, want waar interfereert dat ene deeltje dan mee? Met zichzelf? En gaat het dan dus door beide spleten tegelijk?

Om dat laatste te controleren, zou je een detector bij de spleten willen plaatsen. Maar dan komt de vreemdheid van de quantummechanica pas echt naar boven. Want zo gauw je dat doet, kiest het deeltje netjes een van beide spleten en verdwijnt ook de streepjescode op het scherm. Oftewel: een deeltje gedraagt zich als een golf als je niet kijkt naar wat er bij de spleten gebeurt, en als een deeltje als je dat wel doet.

De vraag is vervolgens: wat gebeurt er als je het experiment herhaalt met drie of meer spleten? De Wet van Born, in 1926 bedacht door de Duitse natuur- en wiskundige Max Born, zegt daarover dat het interferentiepatroon dan neerkomt op een combinatie van verschillende twee-spleten-experimenten.

Maar misschien geldt de Wet van Born niet, suggereren sommige wetenschappers. Zou dat zo zijn, dan kan dat de weg wijzen naar ‘de heilige graal van de natuurkunde’: een theorie die Einsteins algemene relativiteitstheorie – die de zwaartekracht beschrijft als een kromming van de ruimtetijd – met de quantummechanica verenigt. En dan zou er een Nobelprijs aan de horizon gloren. Kortom, het loont de moeite om het hierboven omschreven experiment te herhalen met drie spleten – en dat is dan ook precies wat een team van Canadese, Franse en Oostenrijkse wetenschappers heeft gedaan.

Helaas voor hen zijn de resultaten prima in overeenstemming met de quantummechanica zoals we die nu hanteren: de interferentie tussen de fotonen die op de spleten werden afgevuurd, hield zich netjes aan de Wet van Born. Nu ja, ook altijd mooi: een bevestiging van onze huidige theorieën. Maar een beetje zuur is het wel, aangezien het een erg lastig uitvoerbaar experiment betrof dat bovendien heel wat saai werk met zich meebracht: de wetenschappers waren twee jaar bezig met het registreren van miljarden fotonen. Het lijkt er dan ook op dat het team niet héél erg staat te popelen om Borns wet op een nóg nauwkeurigere testbank te leggen. “Het wordt een beetje vervelend, moet ik zeggen”, aldus een van de betrokken natuurkundigen op Nature News.

Bronnen: Science, New Scientist, Nature News

Beeld: IQC







Podcast KIJK en luister via JUKE



Meer Nieuws