Omdat het voor het eerst werd geformuleerd in 1927 was er in de natuurkunde weinig meer zeker dan het onzekerheidsprincipe van Heisenberg.
Vernoemd naar de Duitse wetenschapper Werner Heisenberg, toont het principe aan dat er op kwantumniveau een grens is aan de precisie waarmee complementaire eigenschappen kunnen worden gemeten . Als je bijvoorbeeld de hoek van een elektron plot, kun je niet ook de amplitude of de rotatiesnelheid ervan meten.
Het onzekerheidsprincipe is echt fundamenteel. Het wordt vaak verward met de ‘waarnemer effect ”dat ook de kwantumwereld bederft, waarin bepaalde eigenschappen van een kwantumopstelling ineenstorten als gevolg van metingen. De formule van Heisenberg werkt in elk golfsysteem, zelfs als niemand kijkt.
Deze week heeft een team onder leiding van Giorgio Colangelo van het Barcelona Institute of Science and Technology aangetoond dat hoewel onzekerheid dat niet kan worden vermeden, kan het worden overtroffen.
In een artikel gepubliceerd in Nature laten Colangelo en collega’s zien dat het mogelijk is om de onzekerheid die ontstaat bij het meten van een eigenschap van een neutron of elektron te ‘sturen’ naar een andere die geen aandacht vereist – waardoor een bijna perfecte meting van een derde mogelijk is.
Om het bot te zeggen: het blijkt immers mogelijk te zijn om zowel de amplitude als de hoek van een elektron, zolang het je niet interesseert hoe hoog het is.
Het team van Colangelo ging ervan uit dat een elektron twee rotatiehoeken heeft in plaats van één. De eerste – de hoek waarvoor precisie nuttig zijn – wordt uitgelijnd met de punten van het kompas. De tweede lijn is uitgelijnd met de horizon en is niet relevant in termen van voegt aanvullende informatie toe aan de kennis van de hoek van het elektron, de initiële gemeten eigenschap.
Om het idee te testen koelden de wetenschappers eerst een kleine wolk van atomen af tot net boven nul graden Kelvin. Ze pasten vervolgens een magnetisch veld toe om spin te induceren (hetzelfde principe dat een MRI-machine gebruikt) en richtten er een laser op om het te meten.
“Door de kwantummeting bijna volledig in een ongemeten spin te richten. component ‘, schrijven ze in Nature, maakten ze’ gelijktijdige nauwkeurige kennis van spinhoek en spinamplitude mogelijk ‘.
Daarbij hebben ze Heisenberg niet geschonden – hoe dan ook een onmogelijke taak – maar ze ontweken wel het.
Bij het beschrijven van het resultaat kiest teamlid Morgan Mitchell van het Institute of Photonic Sciences in Spanje voor een referentie naar popcultuur.
“Voor wetenschappers is het onzekerheidsprincipe erg frustrerend – we zouden graag alles willen weten, maar Heisenberg zegt dat we dat niet kunnen ”, zegt hij.
“ In dit geval hebben we echter een manier gevonden om alles te weten wat voor ons belangrijk is. Het is net als het nummer van Rolling Stones: je kunt niet altijd krijgen wat je wilt / maar als je het soms probeert, vind / krijg je misschien wel wat je nodig hebt. “
Voordat het experiment kon worden uitgevoerd, heeft het team moest verschillende splinternieuwe apparatuur ontwerpen en bouwen.
Deze zullen uiteindelijk dienen als prototypes voor verfijningen in de technologie die momenteel wordt gebruikt in medische beeldvorming, atoomklokken, geofysica en nanotechnologie – allemaal velden die dagelijks worden geconfronteerd met de verduisterende effecten van het kind van Heisenberg.