Kwantumdeeltjes: zij kunnen, wat wij niet kunnen

Lang hebben we gedacht dat het kleinste deeltje dat er was het atoom was. Atoom komt van het Griekse woord ‘atomos’ ofwel, ondeelbaar. Het is inmiddels ongeveer bijna 100 jaar geleden dat we ontdekten dat dit toch niet zo was. Er zijn nog kleinere deeltjes te vinden. Een atoom blijkt opgebouwd te zijn uit zogenaamde kwantumdeeltjes. Kwantumdeeltjes zijn nog kleiner dan een atoom en we weten er niet zo heel veel van. Er wordt op dit moment veel onderzoek naar kwantumdeeltjes gedaan, maar wat ze eigenlijk precies doen en he ze werken, dat weten we eigenlijk niet. Dit artikel gaat over een gebied binnen de wetenschap waar we niet zoveel van weten, net zoals het geval is met donkere materie.

Kwantumdeeltjes kunnen op twee plaatsen tegelijk zijn.

Kwantumnatuurkunde gaat verder dan de natuurwetten die we nu kennen. We komen op een compleet onbekend terrein in de natuurkunde aan. Iedereen zal het ermee eens zijn dat het onmogelijk is om op twee plaatsen tegelijk te zijn. Kwantumdeeltjes kunnen dit wel. Dit wordt superpositie genoemd. De manier waarop kwantumdeeltjes zich gedragen is zo onbegrijpelijk, dat sommige wetenschappers afhaken. Einstein bijvoorbeeld heeft het bestaan van kwantumdeeltjes min of meer aangetoond. Het gedrag van kwantumdeeltjes verbaasde hem zo, dat hij het ‘spooky science’ noemde. Uiteindelijk is hij met het onderzoek naar kwantumdeeltjes gestopt. God dobbelt niet, zo zij Einstein, en daarmee was voor hem de zaak klaar.

Een deeltje op twee plaatsen tegelijk: hoe kan dat?

We weten zeker dat het mogelijk is dat een kwantumdeeltje op twee plaatsen tegelijk kan zijn. Als een kwantumdeeltje (bijvoorbeeld een foton) wordt afgeschoten, dan is te zien dat het twee objecten die in een verschillende richting van elkaar staan, even hard laat trillen. Het deeltje moet dus op twee plaatsen tegelijk zijn. Hoe dit precies kan, dat weet niemand.

Een natuurkundige, Schrödinger, heeft weleens een experiment gedaan om het bestaan van superpositie uit te leggen. Hij stopte een kat in een doos, en voegde bij de kat een onstabiel atoom. De kans dat het atoom radioactief zou worden en de kat zou doden was 50%. De doos ging dicht. Vanaf het moment dat de doos dicht was kon de kat zowel dood als levend zijn. De enige manier om hierachter te komen was door in de doos te kijken. Op het moment dat de doos geopend zou worden, dan zou duidelijk worden of de kat levend is of dood. Gedacht wordt dat de wereld zoals wij die zien, het moment is waarop de doos geopend wordt. Het vervelende is alleen dat we niet weten wanneer de superpositie van kwantumdeeltjes wordt opgeheven.

Nog zoiets raars: kwantumverstrengeling

Kwantumparen is zijn deeltjes die onlosmakelijk met elkaar verbonden zijn. Dat is nog niet zo raar. Het rare is dat ook al zijn deze deeltjes van elkaar verwijderd, ze nog informatie uitwisselen en kunnen veranderen. Stel dat je twee kwantumdeeltjes hebt die samen een kwantumpaar vormen, dan kan het ene deeltje (laten we zeggen het rode deeltje) de de eigenschappen van zijn wederhelft (laten we zeggen het gele deeltje) aannemen. Ook al zijn de deeltjes meer dan 150 kilometer van elkaar verwijderd, dan nog kunnen ze met elkaar communiceren. Op het moment dat een rood deeltje dan een geel deeltje wordt, wordt het gele deeltje automatisch een rood deeltje.