Hvordan måling af en kvantepartikel forvandler den til et hverdagsobjekt

Kvanteverdenen og vores hverdagsverden er meget forskellige steder. I en publikation, der udkom som "Redaktørens forslag" i Physical Review A UvA-fysikere Jasper van Wezel og Lotte Mertens og deres kolleger undersøger i denne uge, hvordan måling af en kvantepartikel forvandler den til et hverdagsobjekt.

Kvantemekanik er teorien, der beskriver de mindste objekter i verden omkring os, lige fra bestanddelene af enkelte atomer til små støvpartikler. Dette mikroskopiske rige opfører sig bemærkelsesværdigt anderledes end vores hverdagserfaring – på trods af at alle objekter i vores verden på menneskelig skala er lavet af kvantepartikler selv. Dette fører til spændende fysiske spørgsmål:hvorfor er kvanteverdenen og den makroskopiske verden så forskellige, hvor er skillelinjen mellem dem, og hvad sker der præcist der?

Måleproblem

Et særligt område, hvor skelnen mellem kvante og klassisk bliver afgørende, er, når vi bruger et dagligdags objekt til at måle et kvantesystem. Opdelingen mellem kvante- og hverdagsverdenen går så ud på at spørge, hvor 'stor' måleapparatet skal være for at kunne vise kvanteegenskaber ved hjælp af et display i vores hverdagsverden. At finde ud af detaljerne i målingen, såsom hvor mange kvantepartikler, der skal til for at skabe en måleenhed, kaldes kvantemålingsproblemet.

Efterhånden som eksperimenter, der undersøger kvantemekanikkens verden, bliver stadig mere avancerede og involverer stadig større kvanteobjekter, nærmer man sig hurtigt den usynlige linje, hvor ren kvanteadfærd går over i klassiske måleresultater. I en artikel gør UvA-fysikerne Jasper van Wezel og Lotte Mertens og deres kolleger status over nuværende modeller, der forsøger at løse måleproblemet, og især dem, der gør det ved at foreslå små modifikationer af den ene ligning, der styrer al kvanteadfærd:Schrödingers ligning .

Borns regel

Forskerne viser, at sådanne ændringer i princippet kan føre til konsistente forslag til løsning af måleproblemet. Det viser sig dog at være svært at skabe modeller, der opfylder Borns regel, som fortæller os, hvordan man bruger Schrödingers ligning til at forudsige måleresultater. Forskerne viser, at det kun er modeller med tilstrækkelig matematisk kompleksitet (i fagsprog:modeller, der er ikke-lineære og ikke-unitære), der kan give anledning til Borns regel og derfor har en chance for at løse måleproblemet og lære os om den uhåndgribelige krydsning mellem kvantefysik og hverdagens verden.