Niet-bestaand veld beïnvloedt deeltjes

Share Button

Hoe kan een veld dat niet bestaat op de plaats waar deeltjes zich bevinden, toch invloed op ze hebben? Onmogelijk, oordeelden collega-natuurkundigen toen Yakir Aharonov en de in het natuurkundige wereldje zeer omstreden David Bohm hun baanbrekende artikel schreven. Nu, vijftig jaar na dato, staat het Aharonov-Bohm effect nog steeds fier overeind en is in 1986 zelfs experimenteel bewezen. Velden zijn dus niet fundamenteel. Potentieel wel.

Velden uit het niets?

Zelfs als je een allesblokkerende supergeleider om deze spoel zet, blijft de spookachtige invloed bestaan.

Zelfs als je een allesblokkerende supergeleider om deze spoel zet, blijft de spookachtige invloed bestaan.

Het artikel van Aharonov en Bohm stelde iets dat op het eerste gezicht helemaal niet kan. Soms kan een elektrisch of magnetisch veld een deeltje beïnvloeden, zelfs als de deeltjes nooit direct in aanraking komen met het veld. Volgens de klassieke elektromagnetische theorie is dat onmogelijk. Zonder contact met een veld kan een deeltje niet beïnvloed worden. Geen wonder dus dat hun artikel met veel scepsis werd ontvangen. Echter: er bestaat een compacte formulering van elektromagnetisme, waarin iedere plek in de ruimte een zogeheten elektromagnetische potentiaal heeft. De velden worden makkelijk wiskundig afgeleid van die potentiaal, maar van die potentiaal werd gedacht dat het alleen maar een wiskundig foefje was.  Fout, zo bleek…

Onzichtbaar veld veroorzaakt potentieel
Volgens de kwantummechanica zorgt de elektromagnetische potentiaal dat de fase gaat verschuiven. Een lichtdeeltje (foton), bijvoorbeeld, bestaat uit een elektrische en magnetisch veld die elkaar beurtelings opwekken. Door de elektromagnetische potentiaal trillen beide velden iets eerder of later. Dit is gewoonlijk niet te meten (behalve met een laserinterferometer oid). In 1959 bedachten Aharonov en Bohm echter een gedachtenexperiment, waarbij er wel een verschil meetbaar is.   In hun experiment wordt een bundel elektronen gesplitst. De twee deelbundels reizen beide aan een andere kant van een solenoïde, een elektromagneet in de vorm van een cilindervormige spoel. Het magnetische veld is samengeperst in het binnenste van de solenoïde en kan buiten de magneet zelfs tot vrijwel nul worden teruggebracht, als de cilinder zeer nauw wordt gemaakt. De beide elektronenbundels kunnen dus door een volledig veldvrij gebied reizen.

In dit veldvrije gebied is de elektromagnetische potentieel echter niet nul. Het verschil in potentieel zorgde bij elke elektronenbundel voor een faseverschuiving, maar dan precies de andere kant op. Met andere woorden: bij de ene bundel werden de golven naar voren geduwd, bij de andere naar achteren. Zo ontstond er een faseverschil tussen de golven. En dat is te meten, bijvoorbeeld door deze bundels elk door een andere spleet te sturen en met elkaar te laten interfereren.  De conclusie: de elektromagnetische potentieel is geen rekentrucje, maar bestaat werkelijk. Niet krachten, maar potentiële energie bepaalt alles.

Supergeleider neemt laatste twijfels weg
Er stalk een storm van kritiek op, maar vijf jaar later bleek de wiskundige afleiding alle kritiek te doorstaan. Ook experimenten bevestigden deze theorie, maar werden door criticasters verworpen. Immers, wie weet kon een minuscuul zwak magnetisch veld door de spoel lekken. Hoe dat minuscuul zwakke magnetische veld dan toch dat grote effect kon hebben, konden de critici niet aangeven. Pas na een experiment in 1986 met een supergeleider, die gegarandeerd alle magnetische velden afschermt, waren de critici tevreden gesteld. Bij dit experiment werd de magneet totaal afgeschermd met een supergeleidende mantel. Er is namelijk geen enkel magnetisch veld dat door een supergeleider heen kan dringen. De spookachtige invloed bleek zelfs door een supergeleider heen te kunnen dringen…

Frame dragging
Kort geleden is een vergelijkbaar effect experimenteel aangetoond bij zwaartekracht: frame dragging. Net als een ronddraaiende stroom in de spoel het Aharonov-Bohm effect veroorzaakt, vertraagt of versnelt een snel rondtollend hemellichaam ook de tijd. Dit effect is aangetoond met de satelliet Gravity Probe B.

Bronnen
1. Y. Aharonov and D. Bohm, Significance of Electromagnetic Potentials in the Quantum Theory, Physical Review, 1959
2. N. Osakabe, T. Matsuda, T. Kawasaki, J. Endo, A. Tonomura, S. Yano, and H. Yamada, “Experimental Confirmation of Aharonov-Bohm Effect Using a Toroidal Magnetic Field Confined by a Superconductor,” Phys. Rev. A 34, 815 (1986)

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

1 reactie

  1. c schreef:

    Ze hebben de stralingsbron binnen de afscherming de faradaykooi geplaatst dan wordt de kooi een secundaire straler. Omkeren bron en meetstralen en Dan Zien. En Was deze Wel geaard?
     
    Als dan geen invloed meer Bemerkt wordt dan was het dat en tegelijk dat supergeleiding mischien niet helemaal zo absoluut afschermend is.

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger