Nieuwsbrief

Blijf wekelijks op de hoogte van het beste uit De Kennis van Nu en het laatste nieuws!

MELD JE AAN
Bell-test kwantummechanica kwantum

Geen twijfel meer mogelijk: spookachtige werking op afstand bestaat echt. Bewezen in een Delfts lab.

Natuurkundigen van de TU Delft hebben experimenteel bewezen dat wat Albert Einstein ‘spookachtige werking op afstand’ noemde echt bestaat. De laatste twijfel is weggenomen. Bas Hensen, Ronald Hanson en hun collega’s publiceerden hun resultaten deze week in Nature.

Twee deeltjes die gehoorzamen aan de wetten van de kwantummechanica kunnen verstrengeld worden. Dan is het alsof hun identiteiten zijn samengesmolten. Verstrengelde deeltjes gedragen zich als één enkel deeltje, zelfs wanneer ze oneindig ver van elkaar verwijderd worden. Wanneer het ene elektron bijvoorbeeld rechtsom draait, dan draait het andere linksom.

De draairichtingen zijn op een willekeurige manier bepaald door de toevalswetten van de kwantummechanica. Pas op het moment dat een experimentator gaat meten, ligt de uitkomst voor beide elektronen vast. Dat klinkt bizar. Informatie kan niet sneller dan het licht reizen, dus hoe kan het ene elektron instantaan weten welke draairichting het andere elektron heeft?

Uitwegen

Einstein vond het idee van verstrengeling op grote afstand een gruwel. Hij bedacht twee mogelijke uitwegen. Misschien weten de elektronen van te voren al wat de uitkomst van het experiment wordt. Of misschien communiceren ze op een of andere verborgen manier toch met elkaar.

De huidige versie van de kwantummechanica zegt dat de verstrengeling echt is en dat er daarvoor geen informatie tussen de twee elektronen wordt uitgewisseld, want dat zou inderdaad het principe schenden dat informatie nooit sneller kan reizen dan het licht. In de kwantumwereld kunnen deeltjes voor altijd apart maar toch samen zijn. Tot het experiment ze scheidt.

In de jaren zestig van de 20e eeuw bedacht de Ierse fysicus John Bell een test die volgens hem kon bewijzen wie er gelijk heeft: Einstein of de kwantummechanica. In 1981 voerde de Fransman Alain Aspect de eerste Bell-test in het laboratorium uit. Talloze collega-fysici traden sindsdien in zijn voetsporen met ietwat andere experimenten. Steeds vielen de uitkomsten uit in het nadeel van Einstein.

Tot nu toe was het echter nooit gelukt om allebei de uitwegen die Einstein had bedacht tegelijk te dichten. En precies dat is wat de Delftse natuurkundigen voor het eerst wel is gelukt.

Bell-test

Diamenten gevangenis

Ingrediënten voor het experiment aan de TU Delft: twee kunstmatige diamanten die 1,28 kilometer van elkaar verwijderd zijn, een laser die elektronen in de diamanten kan manipuleren en een speciaal voor deze Bell-test aangelegd glasvezelnetwerk.

In het experiment verstrengelen de Delftenaren twee elektronen met elkaar: het ene elektron zit gevangen in de diamant aan het ene uiteinde van het experiment, en het andere elektron in de diamant aan het andere uiteinde, 1,28 kilometer verderop.

In eerste instantie zijn beide elektronen niet met elkaar verstrengeld. Aan het begin van het experiment wordt elk elektron verstrengeld met een foton. Vervolgens worden beide fotonen naar een plek midden tussen de twee diamanten in gestuurd. Daar worden de twee fotonen met elkaar verstrengeld. Het gevolg is dat de bijbehorende elektronen ook met elkaar verstrengeld raken, ver van elkaar verwijderd.

Het artikel dat deze week in Nature is gepubliceerd, werd trouwens al op 24 augustus online gezet op de door natuurkundigen veel gebruikte website arXiv.org. Alleen was het toen nog niet gecheckt door collega’s. Desondanks reageerden natuurkundigen toen meteen al laaiend enthousiast. Op de nieuwspagina van Nature zei kwantumfysicus Matthew Leifer van het Perimeter Institute in het Canadese Waterloo: “Ik zou niet verbaasd zijn wanneer een van de auteurs van dit artikel, samen met enkele fysici van eerdere experimenten, zoals Aspect, een Nobelprijs zouden winnen.”

En Anton Zeilinger, kwantumfysicus van de Universiteit van Wenen en zelf ook vaker genoemd als Nobelprijskandidaat, zei in hetzelfde nieuwsartikel: “Het is een waarlijk ingenieus en prachtig experiment.”

Waar Einstein met zijn algemene relativiteitstheorie bij elk nieuw experiment steeds gelijk heeft gekregen, lijkt hij met zijn interpretatie van de kwantummechanica definitief ongelijk te hebben.

B. Hensen et al. Loophole-free Bell inequality violation using electron spins separated by 1.3 kilometres. Nature. 21 oktober 2015

Bell-restaurant