Via een gecompliceerd doolhof van spiegels en lenzen kaatst laserlicht van het ene deeltje naar het andere, anderhalve kilometer verderop op de universiteitscampus.
Via een gecompliceerd doolhof van spiegels en lenzen kaatst laserlicht van het ene deeltje naar het andere, anderhalve kilometer verderop op de universiteitscampus. © FOM.

Delftse fysici bewijzen quantumwazigheid én Einsteins ongelijk

Albert Einstein hield het vorige eeuw voor onmogelijk, maar fysici van de TU Delft hebben aangetoond dat twee deeltjes op kilometers afstand rechtstreeks met elkaar in verband kunnen staan. In Nature publiceren ze woensdag resultaten van een experiment dat letterlijk zo groot is als de hele universiteitscampus in Delft.

Quantum

Vijf vragen over quantum. Wat is dat ook weer en wat hebben we eigenlijk met die quantumvreemdheid te maken? (+)

Hoogleraar quantumfysica prof. Ronald Hanson en promovendus Bas Hensen bouwden met hun team jaren aan een opstelling die reikt van hun eigen lab tot een tweede lab, bijna anderhalve kilometer verderop bij het Reactor Instituut.

Metingen met deeltjesparen afgelopen zomer lieten voor het eerst met zekerheid zien dat een quantumverband op grote afstand behouden blijft. Andere groepen vonden daarvoor jaren geleden al aanwijzingen, maar hun werk liet steeds nog ruimte voor andere verklaringen. Internationaal was er heftige concurrentie om als eerste alle twijfels weg te nemen. Delft heeft die wedloop nu gewonnen.

Het Delftse resultaat maakt een eind aan de laatste twijfels die fysici hebben over de volledigheid van de quantumtheorie van deeltjes. Die geeft aan dat sommige eigenschappen niet vaststaan, zoals in de normale natuurkunde. Pas bij een meting komt als bij een loterij een van de mogelijke eigenschappen aan het licht.

(Artikel gaat verder onder foto)

Dat maakt de quantumwereld vaag en ongrijpbaar, iets waarmee Einstein, nota bene zelf een van de quantumpioniers, moeilijk kon leven. Quantumverbanden zoals die nu in Delft zijn aangetoond, waarbij de loterijen op twee plaatsen elkaars uitkomsten lijken te kennen, noemde hij sceptisch 'spookachtige invloed op afstand'. De meeste natuurkundigen legde zich vorige eeuw al wel neer bij die quantumwazigheid, vooral omdat de theorie uitstekend beschrijft hoe de deeltjeswereld werkt.

Het Delftse experiment is een versie van de zogeheten Bell-test, waarbij de quantumloterij van deeltjeseigenschappen in detail wordt bekeken. Daarbij wordt handig gebruik gemaakt van deeltjesparen, waarvan de individuele eigenschappen niet vaststaan, behalve dat ze altijd tegengesteld aan elkaar moeten zijn. De test wordt loophole-free genoemd, omdat alle mogelijke theoretische mazen in de proeven gedicht zijn.

Als je quantum-effecten wilt gebruiken in veilige datalinks, en dat kan, dan wil je wel zeker weten dat de quamtumwereld echt zo raar is als de theorie beweert

Emeritus hoogleraar prof. Dennis Dieks

A loophole-free Bell test

Lees hier het Master project van Bas Hensen over A loophole-free Bell test.

In Delft worden daarvoor paren elektronen gebruikt, die zijn opgesloten in diamant. Via laserlicht en glasvezelkabels onder de centrale Mekelweg van de campus zijn ze quantummechanisch met elkaar gekoppeld. Hun onderlinge afstand is bijna 1,4 kilometer, en toch weet elk deeltje zonder enig tijdverlies wat de ander doet, laten de metingen zien, zegt Hanson.

Eerder circuleerde het artikel dat nu in Nature verschijnt al in ruwe vorm op internet, zoals in de fysica gebruikelijk is. Hanson zweeg sindsdien, terwijl het manuscript bij Nature onderhanden was. Concurrerende teams, zoals dat van Anton Zeilinger in Wenen erkenden al wel snel de Delftse primeur.

De Utrechtse kenner van quantumvreemdheid, emeritus hoogleraar prof. Dennis Dieks noemt het feit dat Einsteins afkeer van quantumspoken van de baan is, geen echt grote verrassing. 'Maar het dichten van eventuele sluiproutes  is heel belangrijk. Ook vanwege toepassingen. Als je quantum-effecten wilt gebruiken in veilige datalinks, en dat kan, dan wil je wel zeker weten dat de quamtumwereld echt zo raar is als de theorie beweert. '