Natuurkundigen realiseren grootste kwantumsuperpositie van massief object

De Oostenrijkse theoretisch fysicus Erwin Schrödinger formuleerde in de 20e eeuw een van de meest iconische gedachte-experimenten van de wetenschap: de Kat van Schrödinger. Dit concept, ontwikkeld in 1935, diende om het fenomeen van kwantumsuperpositie te illustreren door een denkbeeldige kat in een afgesloten doos te plaatsen, waarvan het lot afhing van een willekeurig kwantumevenement. Totdat de doos werd geopend en een observatie plaatsvond, bevond de kat zich theoretisch gelijktijdig in de toestanden van leven en dood, een toestand die bekendstaat als superpositie.

Een team van natuurkundigen aan de Universiteit van Wenen heeft nu een prestatie geleverd door de grootste kwantumsuperpositie van een massief object ooit vastgelegd te realiseren. De resultaten van hun studie, gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature op 21 januari 2026, toonden aan dat individuele aggregaten van ongeveer 7.000 natriummetaalatomen, met een afmeting van circa 8 nanometer, het gedrag vertoonden van zich op twee plaatsen tegelijk bevinden. In dit experiment uit 2026 gedroegen deze atoomclusters zich als golven, zich verspreidend in een superpositie van verschillende trajecten die interfereerden om een detecteerbaar patroon te vormen.

Hoewel de kwantumtheorie geen inherente groottebeperking stelt aan superpositie, manifesteren alledaagse macroscopische objecten dit verschijnsel doorgaans niet vanwege decoherentie. Dit proces dwingt een systeem in een gedefinieerde toestand zodra er interacties met de omgeving optreden, wat resulteert in de ineenstorting van de golffunctie. De betekenis van deze recente ontdekking ligt in de bereikte 'macroscopische schaal', een maatstaf die de massa van het object combineert met de duur van de kwantumtoestand. De bereikte superpositietoestand is volgens het team tien keer groter dan het voorgaande record.

Eerder vestigde het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie in Zürich in 2023 een record met een oscillerend kristal van 16 microgram. De leiding van het onderzoeksteam in Wenen, waaronder Stefan Gerlich en Markus Arndt, benadrukte dat verdere schaalvergroting een aanzienlijke technische uitdaging blijft. Stefan Gerlich merkte op dat het vergroten van de schaal complexer wordt naarmate deeltjes zwaarder worden, omdat hun golflengten korter worden, wat het onderscheid tussen kwantum- en klassieke voorspellingen bemoeilijkt.

De onderzoekers isoleerden hun experimentele opstelling, het Multi-Scale Cluster Interference Experiment (MUSCLE), om omgevingsstoringen te minimaliseren. De opstelling rustte op een tafel van meerdere tonnen die op een luchtCushion zweefde. De natriumclusters werden geproduceerd onder cryogene omstandigheden (77 K) en in een ultrahoog vacuüm (ongeveer 9 × 10⁻⁹ mbar) om thermische decoherentie en botsingen met gasmoleculen te beperken. De clusters, met een massa van meer dan 170.000 atomaire massa-eenheden (amu), werden door een interferometer gestuurd die was opgebouwd uit staand ultraviolet laserlicht.

Het oorspronkelijke gedachte-experiment van Schrödinger was bedoeld als een kritiek op de Kopenhaagse interpretatie van de kwantummechanica, maar het blijft fundamenteel voor het onderzoeken van de grenzen tussen de kwantum- en de klassieke wereld. De implicaties van dit soort experimenten zijn verreikend; de 'kwantumvreemdheid' die ooit een filosofisch raadsel was, vormt nu de basis voor technologieën zoals kwantumcomputing en kwantumcryptografie. Het team van de Universiteit van Wenen streeft er nu naar om de experimenten uit te breiden naar biologisch materiaal, wat de geldigheid van de kwantummechanica bevestigt op een schaal die voorheen alleen in de theorie werd behandeld.