Kwantumfysica kan een rare wereld zijn waarin dingen zich gedragen op manieren die in eerste instantie niet logisch zijn. Het 'Schrödinger's Cat' gedachtenexperiment was ontworpen om enkele van deze eigenschappen aan te tonen, namelijk dat atomen en moleculen tegelijkertijd in twee verschillende toestanden kunnen bestaan totdat iemand er een kijkje in neemt. Nu heeft een groep onderzoekers deze kwantumparadox gebruikt om de complexe innerlijke werking van de binnenkant van moleculen gedetailleerder vast te leggen dan ooit tevoren.
gerelateerde inhoud
- Vijf praktische toepassingen voor "Spooky" Quantummechanica
Jarenlang werd gedacht dat Schrödinger's Cat een bijzonder gruwelijk gedachte-experiment was. Zoals oorspronkelijk bedacht door Erwin Schrödinger, ging het erom een kat in een verzegelde doos te plaatsen en hem een kans van 50/50 te geven om te worden blootgesteld aan gifgas. Tot de doos wordt geopend, wordt de kat als levend en dood beschouwd. In de afgelopen jaren hebben onderzoekers echter aangetoond dat het meer is dan alleen een gedachte-experiment - niet alleen kunnen deeltjes in twee staten tegelijk bestaan, maar ze kunnen zelfs op twee plaatsen tegelijkertijd bestaan, meldt Tia Ghose voor LiveScience .
Dit feit heeft tot enkele interessante ontwikkelingen geleid. Wetenschappers van het SLAC National Accelerator Laboratory van Stanford University gebruikten een groene optische laser om een jodiummolecuul in wezen te splitsen in versies van zichzelf - een opgewonden toestand en een niet-opgewonden toestand. Vervolgens, door pulsen van röntgenstralen op de tweelingmoleculen af te vuren, de zogenaamde "cat state", konden ze beide versies vastleggen in een "X-ray hologram", schrijft Jennifer Ouelette voor Gizmodo . Door een reeks van deze beelden aan elkaar te rijgen, creëerden de onderzoekers een stop-motion video, schrijft ze. Ze plaatsten hun resultaten op de arXiv pre-printserver, een paper dat sindsdien is geaccepteerd voor publicatie door het tijdschrift Physical Review Letters.
"We zien dat het begint te trillen, waarbij de twee atomen naar elkaar toe en van elkaar af bewegen alsof ze vergezeld zijn door een veer, " zegt Phil Bucksbaum, een SLAC-onderzoeker en Stanford-professor in een verklaring. “Tegelijkertijd zien we de band tussen de atomen breken en de atomen vliegen weg in de leegte. Tegelijkertijd zien we ze nog steeds verbonden, maar een tijdje op enige afstand van elkaar hangen voordat ze weer intrekken. Naarmate de tijd verstrijkt, zien we de trillingen afnemen totdat de molecule weer in rust is. "
Dit gebeurt allemaal in een biljoenste seconde, maar het kan leiden tot nieuwe ontwikkelingen in kwantumonderzoek. Door elke momentopname van de röntgenpulsen aan elkaar te plakken, konden de wetenschappers een zeer gedetailleerde film maken die beide toestanden tegelijkertijd liet zien. Onderzoekers kunnen deze techniek zelfs gebruiken om gedetailleerde sequenties te maken van gegevens die zijn verzameld in eerdere experimenten met kwantumfysica om nog een glimp op te vangen van wat er gaande is in de kattenstaat, meldt Ouelette.
"Onze methode is fundamenteel voor de kwantummechanica, dus we willen het graag proberen op andere kleine moleculaire systemen, waaronder systemen die betrokken zijn bij visie, fotosynthese, bescherming van DNA tegen UV-schade en andere belangrijke functies in levende wezens, " zegt Buckbaum in een verklaring.
Met behulp van deze techniek kunnen onderzoekers snel nieuw inzicht krijgen in hoe kwantumfysica biologische systemen en processen beïnvloedt.
