In het laboratorium van het Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) heeft een kwantumeffect voor het eerst een voor het oog zichtbaar object direct verplaatst. Wetenschappers lieten een diamant van een centimeter, opgehangen boven een magneet, op en neer bewegen onder invloed van een kracht die wordt opgewekt door de spins van elektronen in zijn atoomrooster.
Het experiment steunt op stikstof-vacaturecentra — defecten in het diamantkristal waarbij een koolstofatoom is vervangen door een stikstofatoom en een lege plaats. Deze centra houden ongepaarde elektronen vast, waarvan de spins met een groene laser kunnen worden gepolariseerd. Bij pulserende belichting richten de spins zich zo dat hun minuscule magnetische momenten een zwakke maar meetbare kracht opwekken.
De diamant hangt aan een koolstofstaafje dat verbonden is met een grafietplaat die dankzij diamagnetisme boven magneten zweeft. Wanneer de laser uit staat, is de beweging minimaal; bij inschakeling van de laser verschuift de diamant tientallen picometers — een afstand die met een interferometer tot op een picometer nauwkeurig wordt geregistreerd.
De massa van het object is acht tot negen ordes van grootte groter dan in eerdere spin-mechanische experimenten. Dit is het eerste geval waarin een zuiver kwantummechanische spinkracht een klassieke mechanische respons veroorzaakte bij een voorwerp dat aan de zwaartekracht onderhevig is.
Het resultaat opent de weg naar het toetsen van de kwantumachtige aard van de zwaartekracht. Om macroscopische superpositie waar te nemen, moeten objecten in vacuüm zweven en moet hun massa geleidelijk worden vergroot totdat de zwaartekrachteffecten merkbaar worden.
Nu al maakt de opstelling het mogelijk uiterst nauwkeurige sensoren te bouwen voor het opsporen van donkere materie en zwaartekrachtgolven. De volgende stap is nog een orde van grootte in massa, en dan hopen de onderzoekers de echte verwezenlijking van de ‘kat van Schrödinger’ te naderen.
Zo raakten minuscule kwantumfluctuaties van spins voor het eerst de wereld van zichtbare dingen en tekenden ze een brug tussen de kwantummechanica en de algemene relativiteitstheorie.
