Er is misschien een sprankje hoop voor de beroemdste gedoemde kat van de natuurkunde, de kat van Schrödinger.
In het bizarre gedachte-experiment dat de vreemde toestand van subatomaire deeltjes in de kwantumfysica symboliseert, is een kat die is opgesloten in een doos zowel dood als levend totdat de doos wordt geopend, waarna de kat ofwel dood neervalt of vrolijk wegrent.
Er werd ooit gedacht dat dit moment van waarheid ogenblikkelijk en volkomen onvoorspelbaar was. Maar in een studie die op 3 juni in het tijdschrift Nature werd gepubliceerd, konden natuurkundigen van Yale de kat van Schrödinger in actie zien, het lot van de kat voorspellen en zelfs de kat redden van een vroegtijdige dood.
Met deze nieuwe bevinding waren de natuurkundigen in staat om "het proces te stoppen en de kat weer levend te maken", vertelde Michel Devoret, natuurkundige aan Harvard en een van de co-auteurs van de studie, aan WordsSideKick.com.
In de natuurkunde is Schrödinger's kat een gedachte-experiment waarbij een kat gevangen zit in een doos met een deeltje met een kans van 50-50 op verval. Als het deeltje vergaat, sterft de kat; anders leeft de kat. Totdat je de doos opent, heb je geen idee wat er met de kat is gebeurd, dus hij bestaat in een superpositie van zowel dode als levende staten, net zoals elektronen en andere subatomaire deeltjes tegelijkertijd in meerdere staten bestaan (zoals meerdere energie niveaus) totdat ze worden waargenomen. Wanneer een deeltje wordt waargenomen en ervoor kiest om slechts één energieniveau in te nemen, wordt dit een kwantumsprong genoemd. Natuurkundigen dachten oorspronkelijk dat kwantumsprongen onmiddellijk en discreet waren: poef! En plotseling bevindt het deeltje zich in een of andere staat.
Maar in de jaren negentig begonnen steeds meer natuurkundigen te vermoeden dat de deeltjes een lineair pad volgen terwijl ze hun sprong wagen, voordat ze hun uiteindelijke toestand binnengaan. In die tijd beschikten natuurkundigen niet over de technologie om die trajecten te observeren, zei Todd Brun, een natuurkundige aan de University of Southern California, die niet betrokken was bij het onderzoek. Dat is waar Devoret en zijn co-auteurs binnenkomen.
De natuurkundigen van Yale schenen een helder licht op een atoom en observeerden hoe het licht verstrooid werd toen de kwantumsprong plaatsvond. Ze ontdekten dat de kwantumsprongen continu waren in plaats van afzonderlijk, en dat ze naar verschillende afzonderlijke energieniveaus sprongen die aan specifieke "vlucht" -paden werden vastgehouden.
Toen de natuurkundigen eenmaal de specifieke toestand wisten die het atoom naderde, konden ze die vlucht omkeren door een kracht in precies de juiste richting uit te oefenen met precies de juiste kracht, zei hoofdauteur en Yale University-natuurkundige Zlatko Minev. Het correct identificeren van het type sprong was cruciaal om de vlucht met succes om te keren, voegde hij eraan toe. "Het is erg precair", vertelde Minev aan WordsSideKick.com.
Sommige natuurkundigen, zoals Brun, zijn niet verrast door de bevinding: 'Dit is niet anders dan alles wat iemand had voorspeld', vertelde Brun aan WordsSideKick.com. 'Het interessante is dat ze het experimenteel hebben uitgevoerd.'
De nieuwe bevinding is met name belangrijk voor onderzoeksfaciliteiten zoals het Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), waar natuurkundigen gravitatiegolven observeren, zei Devoret. In deze onderzoeksfaciliteiten is de onvoorspelbaarheid van deeltjes, ook wel quantumruis genoemd, de vloek van de inspanningen van wetenschappers om nauwkeurige metingen te doen.
'Zoals natuurkundigen graag zeggen, met kwantumruis, kan zelfs God niet weten wat je gaat meten', zei Devoret. Met behulp van het onderzoek kunnen natuurkundigen kwantumruis "dempen" en nauwkeurigere metingen uitvoeren.
Deeltjes en het lot van de kat van Schrödinger zullen op de lange termijn altijd enigszins onvoorspelbaar zijn, zei Devoret. De belangrijkste bevinding van hem en zijn co-auteurs is dat hun lot kan worden waargenomen en voorspeld wanneer ze zich voordoen.
'Het lijkt een beetje op vulkaanuitbarstingen,' legde Devoret uit, 'ze zijn op de lange termijn onvoorspelbaar. Maar op korte termijn kun je zien wanneer er een uitbarst.'
