Het samenwerkingsverband bestaat uit Armen Allahverdyan (Yerevan Physics Institute, Armenia), Roger Balian (CEA Saclay, France) en Theo Nieuwenhuizen (IoP Amsterdam en International Institute of Physics, Natal, Brazil). In een artikel dat in januari in Annals of Physics gepubliceerd is, stellen de onderzoekers twee hoofdingrediënten voor die voldoende zijn om alle eigenschappen van de quantummechanica te beschrijven, inclusief het feit dat elke meting een unieke uitkomst heeft.

Relaxatie van deel-ensembles

Om het quantum-meetprobleem te begrijpen, moeten het te meten systeem en het meetapparaat worden beschreven als een samengesteld quantumsysteem dat voldoet aan de regels van de quantum-statistische mechanica. Het dynamische proces dat dit systeem ondergaat, blijkt een relaxatie naar een thermodynamisch evenwicht te zijn. De eindtoestand die zo bereikt wordt, geeft informatie over een groot statistisch ensemble van metingen, maar beschrijft geen individuele metingen. De auteurs merken op dat decomposities van deze eindtoestand, toestanden kunnen genereren die subensembles van metingen beschrijven. Vervolgens gebruiken ze een nieuw mechanisme genaamd 'poly-microcanonical relaxation' om te bewijzen dat al deze toestanden in zeer korte tijd een vorm bereiken die overeenkomt met de verwachte eigenschappen van ideale quantummetingen. Dit resultaat is een stap op weg naar het begrijpen van individuele metingen, maar het is nog altijd formeel van aard.

Postulaat op macroscopische schaal

Het formalisme van de quantummechanica kent aan elke mogelijke uitkomst van een willekeurige meting een getal toe dat de 'q-kans' heet. Vanwege de specifieke eigenschappen van de quantumtheorie kunnen deze getallen in het algemeen niet als daadwerkelijke kansen geïnterpreteerd worden. De auteurs stellen echter dat zo'n interpretatie wel bestaat voor de specifieke q-kansen die verbonden zijn aan de wijzerstanden van het meetapparaat. Deze interpretatie is consistent vanwege de macroscopische grootte van de wijzer en de eigenschappen van de eindtoestanden behorend die bij de subensembles. Het nieuwe postulaat verbindt quantummechanica met waargenomen feiten, zonder zich direct met het microscopische systeem bezig te houden. Met het postulaat kunnen eigenschappen van individuele metingen worden beschreven, en het verschaft een rechtvaardiging van alle eigenschappen die normaalgesproken worden toegekend aan ideale metingen. Deze resultaten dragen bij aan een dieper begrip van het meetprobleem.

Verdere informatie

Een gedetailleerder verslag van dit onderzoek kan hier gedownload worden; het wetenschappelijke artikel vindt u hier.

References

1. A.E. Allahverdyan, R. Balian, T.M. Nieuwenhuizen, A sub-ensemble theory of ideal measurement processes, Annals of Physics 376C (2017) 324–352.
2. A.E. Allahverdyan, R. Balian, T.M. Nieuwenhuizen, Understanding quantum measurement from the solution of dynamical models, Physics Reports 525 (1) (2013) 1–166.