Voor het eerst slaagde een groep natuurkundigen erin het beeld vast te leggen van atomen die zich als golven gedragen, waardoor een van de meest suggestieve experimenten in de geschiedenis van de kwantummechanica werd gecreëerd. De beelden, verkregen met een innovatieve techniek, laten zien hoe materie op een microscopisch niveau niet alleen van deeltjes is gemaakt: het kan ook bestaan in de vorm van golven.
Atomen of golven?
Het lijkt misschien absurd, maar het is gewoon zo: een atoom is niet alleen een bal, zoals vaak wordt getoond in vereenvoudigde ontwerpen, maar het kan zich ook gedragen als een golf wijdverbreid in de ruimte. Dit gedrag is de basis van de dualiteit van golfdeeltjes, een van de belangrijkste concepten van de kwantumfysica, voor het eerst voorgesteld in 1924 door Louis de Broglie en vervolgens ontwikkeld door Erwin Schrödinger.
Al bijna een eeuw hebben natuurkundigen geweten dat materie een golfkarakter heeft, maar het zien in actie was altijd onmogelijk geweest. Tot nu toe. De groep onderzoekers heeft een techniek gebruikt waarmee u deze overgang in de loop van de tijd kunt “bevriezen”: van puntgedrag naar de golf en vice versa.
Schrödinger’s vergelijking komt tot leven in het laboratorium
Volgens de beroemde vergelijking van Schrödinger kan een atoom worden omschreven als een waarschijnlijkheid verspreid in de ruimte – een soort “wolk” die laat zien waar het zou kunnen zijn. Pas wanneer het wordt waargenomen, stort deze wolk in en het atoom verschijnt op een nauwkeurig punt.
Om dit proces zichtbaar te maken, kozen de onderzoekers lithiumatomen, die zijn afgekoeld tot temperaturen die zeer dicht bij absolute nul (bijna -273 ° C) zijn gekoeld. Bij deze extreme temperaturen begint het materiaal zich kwantumisch te gedragen. Met de hulp van een zeer krachtige laser hebben wetenschappers vervolgens de atomen gevangen in een optisch rooster, een rooster van licht dat hen tegenhoudt alsof ze vastzitten op een onzichtbaar schaakbord.
Het experiment dat de materie fotografeerde in de vorm van een golf
Op dit punt gingen wetenschappers aan en gingen het rooster uit, waardoor de atomen als golven naar de ruimte lieten uitzetten. Met behulp van een zeer hoge gevoeligheidsmicroscoopcamera namen ze twee afbeeldingen op twee verschillende momenten. Door de afbeeldingen te vergelijken, was het mogelijk om de kwantumgolf te reconstrueren en te zien hoe deze zich in de tijd verspreidt.
Wat te zien is, is verrassend: de atomen worden wazige vlekken, wijzen niet langer, maar met een golfvorm. Het is een concreet beeld van iets dat tot vandaag alleen theorie was. En bovenal is het een visuele bevestiging van de kwantummechanica, en met name van de Schrödinger -vergelijking, die het gedrag van deeltjes op microscopisch niveau beschrijft.
Waarom is het belangrijk?
Naast de schoonheid en charme van het experiment zelf, kan deze techniek belangrijke toepassingen hebben in de studie van complexere kwantumsystemen. De onderzoekers wijzen erop dat de mogelijkheid om deze fenomenen direct te observeren nieuwe paden opent om de onzichtbare wereld van atomen en deeltjes te verkennen.
Het is ook een stap voorwaarts in het begrijpen van de fysieke realiteit, omdat het ons dwingt om onze eenvoudigste ideeën over wat er echt is te beoordelen. Niet alleen microscopische ballen, maar ongrijpbare systemen die zich in de ruimte kunnen uitbreiden als golven van mogelijkheden.
Wil je ons nieuws niet verliezen?
U kunt ook geïnteresseerd zijn in:
