Imperial College London deed iets lastigs.
Ze bewezen dat je de ruis in een kwantumexperiment kunt opheffen zonder ook het signaal te onderbreken. Het doet ertoe. Want als je het vroege heelal in zwaartekrachtgolven wilt horen schreeuwen of de trilling van donkere materie wilt voelen, moet je eerst al het andere buitensluiten.
“We weten al heel lang… dat kwantumsensoren ons kunnen helpen begrijpen… het is pas sinds kort… dat het mogelijk is geworden om ze te bouwen…”
– Dr. Charles Baynham
Het geluidsprobleem
Het universum is luid. Of beter gezegd, de laser is luid.
Om nieuwe bronnen van zwaartekrachtgolven te vinden, gebruiken natuurkundigen atoominterferometers. Deze instrumenten splitsen atomenwolken met lasers en kijken hoe ze bewegen. Klein. Nauwkeurig. Mooi. Maar de lasers introduceren faseruis. Enorme faseruis. Het overstemt het signaal voordat het zelfs maar kan beginnen.
Als de ruis groter is dan het antwoord, krijg je geen antwoord. Gewoon statisch.
Wetenschappers hadden jarenlang een oplossing. Een differentiële methode. Laat twee interferometers naast elkaar draaien. Vergelijk ze. Het geluid dat beide raakt, wordt opgeheven. Het vreemde signaal van donkere materie blijft bestaan.
Het idee is goed. Het probleem is de uitvoering. Tot juni 2026 was het slechts een idee. Niemand had aangetoond dat het werkte als de omstandigheden rommelig waren. Echte omstandigheden. Niet een of andere ongerepte simulatie.
De theorie testen
Dus bouwde het Imperial-team een prototype.
In hun ultrakoude laboratorium gebruikten ze twee wolken strontium-87. Aparte locaties. Eén kloklaser die beide meet. Ze hebben het niet alleen getest, ze hebben er ook de nadruk op gelegd.
Ze voegden lawaai toe. Opzettelijke kunstmatige faseruis die veel groter was dan wat echte lasers produceren. Ze wilden het breken. En dat gebeurde ook. Individueel zag elke interferometer er nutteloos uit. Willekeurig. De interferentiepatronen waren verdwenen.
Vervolgens vergeleken ze ze.
Het signaal kwam weer naar buiten. Het was niet alleen waarneembaar, het bereikte de kwantumlimiet. De fundamentele ruisvloer die door de natuurkunde zelf is vastgesteld. Het lasergeluid verdween.
Vervolgens injecteerden ze een nep-oscillerend signaal. Als een passerende zwaartekrachtgolf. Het kwam nog duidelijk over. Ook al kon geen van beide machines het zelf zien. Samen konden ze dat.
Lijkt dat niet vreemd, hoe de waarheid zich verbergt in de kloof tussen twee fouten?
De reuzen bouwen
Dit is een tafelexperiment. Maar het wijst op wolkenkrabberwetenschap.
Het werk is afkomstig van AION, het Atom Interferometer Observatory en Netwrok. Een door Groot-Brittannië geleide inspanning die verbinding maakt met internationale partners. Ze kijken naar MAGIS bij Fermilab in de VS. En misschien zelfs CERN.
Er is een voorstel genaamd AICE. Atoominterferometrie bij CERN. Het zou deze technieken gebruiken over afstanden op kilometerschaal. Als ze het bouwen, opent CERN een nieuw venster. Niet alleen over deeltjesbotsingen, maar ook over de kwantumstructuur van de ruimte-tijd.
“Atoomklokken en atoominterferometers een nieuwe bestemming geven… om geheel nieuwe vensters te openen…”
– Dr. Richard Hobson
Professor Oliver Buchmuller noemt het een mijlpaal. Misschien een understatement. Het is groen licht voor grootschalige kwantumfaciliteiten. Het soort dat donkere materie aanpakt. Het soort dat kijkt naar frequentiebanden die momenteel onzichtbaar zijn voor ons.
De sensoren bestaan. De methode werkt.
Nu moeten ze groter worden. En als ze dat doen, kunnen we eindelijk het universum horen ademen.
Gepubliceerd: Nature, 17 juni 2326
Samenwerking: AION
Belangrijke bijdragers: C.F.A. Baynham R. Hobson O. Buchmueller et al.
Financiering: Royal Society UKRI QTFP-programma (STFC/EPSRC)
