Natuurkundigen van het Lawrence Berkeley National Laboratory en de Universiteit van Californië hebben de zwakste kracht ooit gemeten vastgelegd — slechts 42 yoctonewton. Dat staat gelijk aan een invloed die miljarden keren zwakker is dan het gewicht van een stofdeeltje. Het experiment bracht de wetenschappers dichter bij een fundamentele precisiegrens die bekendstaat als de standaard kwantumlimiet.
Aan de meting lag een mechanische oscillator ten grondslag van 1200 rubidiumatomen, afgekoeld tot bijna het absolute nulpunt. De wolk atomen werd vastgehouden in een optische val van laserbundels. De uitwendige kracht werd aangebracht door modulatie van een van de lasers, en de respons werd met een sonde geregistreerd. Deze constructie maakte het mogelijk het systeem van uitwendige ruis te isoleren en de terugwerking van de meting op de oscillator zelf tot een minimum te beperken.
De standaard kwantumlimiet ontstaat uit de onzekerheidsrelatie van Heisenberg: de meting zelf verstoort onvermijdelijk het object. In gewone instrumenten veroorzaakt dit een ‘terugwerkende fluctuatie-invloed’ die zwakke signalen maskeert. Het Californische team overwon een deel van deze barrière door slechts 1200 atomen en laserisolatie te gebruiken, wat een gevoeligheid opleverde die vier keer hoger is dan eerdere records.
De prestatie opent de weg naar een nauwkeuriger detectie van zwaartekrachtgolven — de beroemde ‘rimpelingen’ in de ruimtetijd die Einstein voorspelde. Hedendaagse interferometers kunnen de zwakste signalen uit het vroege heelal nog niet met zekerheid registreren. De nieuwe gevoeligheid kan daarin verandering brengen.
De auteurs merken op dat verdere verbetering van de optische detector het mogelijk zal maken nog dichter bij de theoretische grens te komen. Theoretici voorspelden de mogelijkheid van een dergelijke meting al in het jaar 1980, maar het werkelijke experiment vergde dertig extra jaren.
Het werk is gepubliceerd in het tijdschrift Science en toont aan dat kwantumbeperkingen niet absoluut zijn — men kan ze omzeilen met elegante technische oplossingen.
