Het betere gereedschap voor de quantummechanische werkplaats

Diederik Aerts

Erik Dietrich, Pascal Sleutel

Onbepaaldheid is conceptueel een van de lastigste onderdelen van de quantummechanica. Om dit voor middelbare scholieren te visualiseren wordt een stuiterend druppel analogie gebruikt. Dit systeem laat zich met de vloeistoffysische variant van de De Broglie-Bohm theorie beschrijven. Een groep van 12 scholieren heeft een enkele spleet diffractie experiment uitgevoerd met de stuiterende druppel. Uit de pre- en posttests en de afgenomen interviews blijkt dat het experiment geschikt is om het golfdeeltjes gedrag te visualiseren maar dat leerlingen niet alle fenomenen uit het experiment herkennen en in quantummechanische context interpreteren.

William W. Parson, Clemens Burda

Detlef Dürr, Dustin Lazarovici

Jop Briët

Jop Briët deed onderzoek op het terrein van kwantuminformatietheorie en optimalisatie. Hij bestudeerde beide toepassingen met gelijke wiskundige gereedschappen, namelijk Grothendieck-ongelijkheden. Op het gebied van kwantuminformatietheorie onderzocht Briët een van de meest verrassende aspecten van de kwantummechanica, de verstrengeling van twee of meer kwantummechanische systemen. Hij vond onder dat andere dat verstrengeling in theorie beter kan worden waargenomen met andere experimenten dan de relatief eenvoudige experimenten die momenteel in de praktijk uitvoerbaar zijn. Ook blijkt dat het bewijs voor dit resultaat vrijwel letterlijk gebruikt kan worden voor de oplossing van een probleem in zogeheten Banach-algebra’s dat al vijfendertig jaar openstond. Op het gebied van optimalisatie bestudeerde Briët een probleem dat betrekking heeft op het zoeken naar een optimale verdeling van een gegeven aantal punten op het oppervlak van een driedimensionale bal. Dit probleem komt voor in de studie van magnetische materialen in het Heisenbergmodel. Briët onderzocht de kwaliteit van een efficiënt approximatie-algoritme, waarbij de eerste kwaliteitsgaranties werden verkregen van een efficiënt approximatie-algoritme voor het berekenen van de grondtoestand in het Heisenbergmodel.

Paul J. J. Tol

Wanneer een gas bijna tot het absolute nulpunt (-273,15 graden Celsius, 0 K) gekoeld wordt en voldoende dichtheid heeft, treedt soms Bose-Einsteincondensatie (BEC) op. Dit effect is een gevolg van het quantumgedrag van verzamelingen identieke deeltjes: de quantummechanische golven die de atomen beschrijven, spreiden zich uit en overlappen elkaar, wat de atomen in dezelfde toestand met de laagste energie dwingt. Paul Tol beschrijft in zijn proefschrift experimenten die zullen leiden naar BEC in metastabiel helium, helium dat met een ontlading in een langlevende aangeslagen toestand gebracht is. Daarbij neemt verdampingskoeling een belangrijke plaats in: de atomen met de meeste energie verlaten de val en door elastische botsingen wordt de energie van de overgebleven atomen herverdeeld. De gemiddelde energie van de resterende atomen wordt kleiner, uitmondend in een koudere en dichtere wolk. Laserlicht wordt gebruikt voor de koeling in het begin en voor de bepaling van het aantal atomen in een gaswolk. Om dit laatste nauwkeurig te kunnen doen, wordt het theoretische verband tussen de relatieve absorptie van het licht en het aantal atomen opnieuw afgeleid, zonder de gebruikelijke simplificaties. Het theoretische model dat de koeling tot het absolute nulpunt beschrijft, wordt ook aangepast om het te kunnen toepassen bij hogere starttemperaturen, zodat het koeltraject geoptimaliseerd kan worden. Deze modellen zijn zo opgesteld dat ze ook gebruikt kunnen worden voor andere gassen.