Het idee van de 'Theorie van Alles' is aanlokkelijk - dat we op de een of andere manier alles kunnen uitleggen wat dat is. Maar nu ontdekte een onderzoeksteam onder leiding van wetenschappers van het Imperial College London onverwacht dat die snaartheorie ook het gedrag van verstrengelde kwantumdeeltjes lijkt te voorspellen. Omdat deze voorspelling in het laboratorium kan worden getest, zeggen de onderzoekers dat ze nu snaartheorie kunnen testen.
"Als experimenten bewijzen dat onze voorspellingen over kwantumverstrengeling correct zijn, zal dit aantonen dat snaartheorie‘ werkt ’om het gedrag van verstrengelde kwantumsystemen te voorspellen," zei professor Mike Duff, hoofdauteur van de studie.
De snaartheorie is oorspronkelijk ontwikkeld om de fundamentele deeltjes en krachten die ons universum vormen te beschrijven, en is een favoriete kanshebber onder natuurkundigen om ons in staat te stellen wat we weten over de ongelooflijk kleine deeltjesfysica te verzoenen met ons begrip van de zeer grote van onze studies van kosmologie. Het gebruik van de theorie om te voorspellen hoe verstrengelde kwantumdeeltjes zich gedragen, biedt de eerste mogelijkheid om snaartheorie experimenteel te testen.
Maar - althans voorlopig - de wetenschappers kunnen niet bevestigen dat snaartheorie eigenlijk de manier is om alles uit te leggen, alleen als het echt werkt.
"Dit is geen bewijs dat snaartheorie de juiste‘ theorie van alles ’is waarnaar kosmologen en deeltjesfysici op zoek zijn, 'zei Duff. "Het zal echter erg belangrijk zijn voor theoretici omdat het zal aantonen of snaartheorie al dan niet werkt, zelfs als de toepassing ervan zich op een onverwacht en niet-gerelateerd gebied van de natuurkunde bevindt."
De snaartheorie is een theorie van de zwaartekracht, een uitbreiding van de algemene relativiteitstheorie, en de klassieke interpretatie van snaren en branen is dat ze kwantummechanisch vibrerende, verlengde geladen zwarte gaten zijn. De theorie veronderstelt dat de elektronen en quarks in een atoom geen 0- zijn. dimensionale objecten, maar 1-dimensionale strings. Deze snaren kunnen bewegen en trillen, waardoor de waargenomen deeltjes hun smaak, lading, massa en spin krijgen. De snaren maken gesloten lussen, tenzij ze oppervlakken tegenkomen, D-branen genaamd, waar ze zich kunnen openen in 1-dimensionale lijnen. De eindpunten van de string kunnen de D-braan niet afbreken, maar kunnen er wel overheen schuiven.
Duff zei dat hij op een conferentie in Tasmanië zat waar een collega de wiskundige formules presenteerde die kwantumverstrengeling beschrijven toen hij zich iets realiseerde. “Ik herkende plotseling zijn formules als vergelijkbaar met sommige die ik een paar jaar eerder had ontwikkeld, terwijl ik de snaartheorie gebruikte om zwarte gaten te beschrijven. Toen ik terugkeerde naar het VK, controleerde ik mijn notitieboeken en bevestigde dat de wiskunde uit deze zeer verschillende gebieden inderdaad identiek was. ”
Duff en zijn collega's realiseerden zich dat de wiskundige beschrijving van het verstrengelingspatroon tussen drie qubits lijkt op de wiskundige beschrijving, in snaartheorie, van een bepaalde klasse van zwarte gaten. Dus door hun kennis van twee van de vreemdste verschijnselen in het universum, zwarte gaten en kwantumverstrengeling te combineren, realiseerden ze zich dat ze snaartheorie konden gebruiken om een voorspelling te produceren die getest kon worden. Met behulp van de snaartheorie wiskunde die zwarte gaten beschrijft, voorspelden ze het patroon van verstrengeling dat zal optreden wanneer vier qubits met elkaar verstrikt raken. (Het antwoord op dit probleem is niet eerder berekend.) Hoewel het technisch moeilijk te doen is, kan het patroon van verstrengeling tussen vier verstrengelde qubits in het laboratorium worden gemeten en kan de nauwkeurigheid van deze voorspelling worden getest.
De ontdekking dat snaartheorie voorspellingen lijkt te doen over kwantumverstrengeling is volkomen onverwacht, maar omdat kwantumverstrengeling in het laboratorium kan worden gemeten, betekent dit dat er eindelijk een manier is waarop onderzoekers voorspellingen kunnen testen op basis van snaartheorie.
Maar, zei Duff, er is geen duidelijk verband om uit te leggen waarom een theorie die wordt ontwikkeld om de fundamentele werking van ons universum te beschrijven, nuttig is voor het voorspellen van het gedrag van verstrengelde kwantumsystemen. "Dit kan ons iets heel dieps vertellen over de wereld waarin we leven, of het is niet meer dan een eigenzinnig toeval", zei Duff. 'Hoe dan ook, het is handig.'
Bron: Imperial College London
