[PWC-MEDIA] Persbericht NWO: Glazen ringetje brengt kwantummechanica naar een grotere schaal
- From: "NWO_NIEUWS" <NWO_Nieuws@xxxxxx>
- To: "NWO_NIEUWS" <NWO_Nieuws@xxxxxx>
- Date: Thu, 2 Feb 2012 09:01:33 +0100
Dit bericht staat met afbeeldingen online op:
http://www.nwo.nl/nwohome.nsf/pages/NWOP_8R4AZK
2 februari 2012
Glazen ringetje brengt kwantummechanica naar een grotere schaal
Kwantumverbinding tussen licht en beweging
Natuurkundigen hebben een systeem gedemonstreerd waarin licht omgezet kan
worden in een mechanische trilling en omgekeerd. De interactie is zo sterk dat
de beweging van een object dat met het blote oog te zien is, kan worden
gecontroleerd op het niveau waarop kwantummechanica het gedrag van het object
bepaalt. Dat kwantumgedrag is normaal alleen zichtbaar bij veel kleinere
systemen zoals enkele atomen of moleculen. NWO Rubicononderzoeker Ewold
Verhagen en een team van onderzoekers van de Zwitserse EPFL publiceren de
resultaten deze week in het tijdschrift Nature.
Sinds de vorige eeuw is het duidelijk dat de beweging van objecten moet voldoen
aan de wetten van de kwantummechanica. Die voorspellen een aantal wonderlijke
mogelijkheden: een object zou zich in principe op twee plekken tegelijkertijd
kunnen bevinden, en het zal altijd een beetje bewegen, zelfs bij de temperatuur
van het absolute nulpunt - het bevindt zich dan in de kwantum 'grondtoestand'.
Toch zien we zulk verrassend gedrag nooit in objecten waar we in het dagelijks
leven mee te maken hebben. Kwantumeffecten zijn namelijk alleen waar te nemen
in systemen die heel goed afgeschermd zijn van de omgeving. Grote objecten zijn
in het algemeen slecht geïsoleerd, waardoor de invloed van de omgeving de
kwantummechanische eigenschappen van het object snel uitwist in een proces dat
'decoherentie' genoemd wordt.
Tot voor kort waren wetenschappers daarom alleen in staat kwantumeffecten te
zien in de beweging van piepkleine objecten zoals enkele atomen en moleculen.
Nu demonstreren de natuurkundigen van EPFL onder leiding van Tobias Kippenberg
dat het mogelijk is om de beweging van een object dat bestaat uit wel 100
biljoen atomen te controleren op het niveau waarop kwantummechanica domineert.
Dit lukt door het object met laserlicht te beschijnen.
Een racebaan voor licht
De onderzoekers maakten een zorgvuldig gevormde glazen donut op een chip, met
een diameter van 30 micrometer (ongeveer de helft van de dikte van een haar).
Net als een wijnglas kan de glazen donut bij de juiste frequentie trillen. Maar
tegelijkertijd werkt de vorm ook als een racebaan voor licht, dat kan
rondcirkelen in de glazen donut. Terwijl het licht door de bocht gaat oefent
het een kracht uit op het oppervlak van het glas. Die kracht is in principe
maar heel klein, maar heeft in deze structuren een significante uitwerking
omdat het licht wel een miljoen keer rond de glazen ring kan cirkelen. De
lichtkracht kan de ring in beweging zetten, en laten trillen zoals een vinger
die over de rand van een wijnglas wrijft. Maar het kan de trilling ook juist
dempen, en zo de donut in feite afkoelen.
Koud, kouder, ...
Afkoelen is cruciaal om de toestand waarin kwantummechanische beweging te zien
is, te bereiken, want zulke beweging wordt normaliter overschaduwd door
willekeurige thermische beweging. De onderzoekers plaatsten daarom de glazen
donut in een cryostaat – een toestel dat voor een constante lage temperatuur
zorgt – die het op een temperatuur van minder dan een graad boven het absolute
nulpunt brengt. De lichtkracht van laserlicht dat in de donut geschenen wordt
koelt dan de beweging van de donut nog eens 100 keer sterker af, tot vlak bij
de kwantum-grondtoestand. Maar nog belangrijker: de interactie tussen licht en
beweging blijkt zo sterk dat de twee een bijzondere verbinding vormen: een
kleine lichtpuls kan volledig worden omgezet in een kleine trilling en weer
terug. Voor het eerst gebeurt die omzetting van licht naar beweging zo snel dat
de kwantumeigenschappen van de lichtpuls tijdens de transformatie niet verloren
gaan door decoherentie, en dus overgedragen worden aan de beweging van de
structuur.
Door decoherentie te snel af te zijn biedt dit resultaat een krachtige methode
om de kwantumeigenschappen van mechanische beweging te manipuleren en de
wonderbaarlijke voorspellingen van kwantummechanica aan het werk te zien in
relatief grote, door de mens gemaakte objecten. Zo wordt het mogelijk om de
grens tussen kwantum- en klassiek gedrag te verkennen, en de wetten van de
kwantummechanica te testen op een veel grotere schaal dan tot nu toe. Maar er
zijn meer mogelijkheden: mechanische oscillatoren kunnen niet alleen aan licht
gekoppeld worden, maar ook aan allerlei andere kwantumsystemen (bijvoorbeeld
elektrische stromen). Daarom zouden ze gebruikt kunnen worden om
kwantuminformatie te 'vertalen' van die systemen naar lichtsignalen, die het
voordeel hebben dat ze eenvoudig over grote afstand verstuurd kunnen worden in
optische fibers.
Rubicon
Ewold Verhagen voerde zijn onderzoek uit met een Rucibonbeurs van NWO. Rubicon
is bedoeld voor getalenteerde jonge wetenschappers die net zijn gepromoveerd.
Zij krijgen met de Rubiconsubsidie de kans om twee jaar ervaring op te doen aan
een universiteit of onderzoeksinstituut in het buitenland. Verhagen vertrok in
2010 voor 24 maanden naar de École Polytechnique Fédérale de Lausanne.
Over NWO
De Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) is met een
budget van ruim 500 miljoen euro per jaar een van de grootste
wetenschapsfinanciers in Nederland. NWO stimuleert kwaliteit en vernieuwing in
de wetenschap door het beste onderzoek te selecteren en financieren. NWO
beheert onderzoeksinstituten van (inter)nationaal belang, geeft mede richting
aan het wetenschappelijk onderzoek in Nederland en brengt wetenschap en
maatschappij dichter bij elkaar. Onderzoeksvoorstellen worden beoordeeld en
geselecteerd door vooraanstaande wetenschappers uit binnen- en buitenland.
Dankzij financiering van NWO kunnen meer dan vijfduizend wetenschappers
onderzoek doen.
Figuur: elektronenmicroscopieafbeelding van de glazen donut, met een diameter
kleiner dan die van een haar. De donut is verbonden aan de chip met behulp van
spaken, die ervoor zorgen dat de structuur een lange tijd ongestoord kan
trillen als een goede stemvork, met een frequentie van 78000000 keer per
seconde. Licht kan tot een miljoen keer rondcirkelen in de rand van de donut.
Terwijl het licht tegen de wanden van de ring kaatst oefent het een kleine
kracht uit die de trillingen van de structuur beïnvloeden.
---
Meer informatie:
- NWO, afdeling Voorlichting en Communicatie
- t.: +31 (0)70 344 07 41, voorlichting@xxxxxx
12-07
---
Perslijst: aanmelden
<http://www.nwo.nl/interact.nsf/pages/NWOA_78BDC3?OpenDocument> | afmelden
<http://www.nwo.nl/interact.nsf/pages/NWOA_78BDC3?opendocument&subfrm=Cancel>
Adreswijzigingen doorgeven via: nwo_nieuws@xxxxxx <mailto:nwo_nieuws@xxxxxx>
Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO)
Afdeling Voorlichting en Communicatie
Postbus 93138
2509 AC Den Haag
Persvoorlichters: nwo_nieuws@xxxxxx <mailto:nwo_nieuws@xxxxxx>
t.: +31 (0)70 344 07 29 (ook buiten kantooruren bereikbaar)
Other related posts:
- » [PWC-MEDIA] Persbericht NWO: Glazen ringetje brengt kwantummechanica naar een grotere schaal - NWO_NIEUWS
