Har du någonsin varit på mer än ett ställe samtidigt? Om du är mycket större än en atom, svaret blir nej.

Men atomer och partiklar styrs av kvantmekanikens regler, där flera olika möjliga situationer kan samexistera samtidigt.

Kvantsystem styrs av vad som kallas en "vågfunktion":ett matematiskt objekt som beskriver sannolikheterna för dessa olika möjliga situationer.

Och dessa olika möjligheter kan samexistera i vågfunktionen som vad som kallas en "superposition" av olika tillstånd. Till exempel, en partikel som finns på flera olika platser samtidigt är vad vi kallar "spatial superposition".

Det är först när en mätning utförs som vågfunktionen "kollapsar" och systemet hamnar i ett bestämt tillstånd.

Rent generellt, kvantmekaniken gäller den lilla världen av atomer och partiklar. Juryn är fortfarande ute på vad det betyder för storskaliga föremål.

I vår forskning, publiceras idag i Optica , vi föreslår ett experiment som kan lösa denna svåra fråga en gång för alla.

Erwin Schrödingers katt

På 1930-talet Den österrikiske fysikern Erwin Schrödinger kom med sitt berömda tankeexperiment om en katt i en låda som, enligt kvantmekaniken, kan vara levande och döda samtidigt.

I det, en katt placeras i en förseglad låda där en slumpmässig kvanthändelse har 50–50 chanser att döda den. Tills lådan öppnas och katten observeras, katten är båda döda och levande samtidigt.

Med andra ord, katten existerar som en vågfunktion (med flera möjligheter) innan den observeras. När det observeras, det blir ett bestämt objekt.

Efter mycket debatt, vetenskapssamfundet vid den tiden nådde enighet med "Köpenhamnstolkningen". Detta säger i princip att kvantmekanik bara kan gälla atomer och molekyler, men kan inte beskriva mycket större föremål.

Det visade sig att de hade fel.

Under de senaste två decennierna eller så, fysiker har skapat kvanttillstånd i föremål gjorda av biljoner atomer – tillräckligt stora för att kunna ses med blotta ögat. Fastän, detta har inte än inkluderade rumslig överlagring.

Hur blir en vågfunktion verklig?

Men hur blir vågfunktionen ett "riktigt" objekt?

Detta är vad fysiker kallar "kvantmätningsproblemet". Det har förbryllat forskare och filosofer i ungefär ett sekel.

Om det finns en mekanism som tar bort potentialen för kvantöverlagring från storskaliga föremål, det skulle krävas att på något sätt "störa" vågfunktionen – och detta skulle skapa värme.

Om sådan värme hittas, detta innebär att storskalig kvantöverlagring är omöjlig. Om sådan värme utesluts, då är det troligt att naturen inte har något emot "att vara kvant" oavsett storlek.

Om det senare är fallet, med avancerad teknik kunde vi placera stora föremål, kanske till och med kännande varelser, in i kvanttillstånd.

Fysiker vet inte hur en mekanism som förhindrar storskaliga kvantöverlagringar skulle se ut. Enligt vissa, det är ett okänt kosmologiskt fält. Andra misstänker att gravitationen kan ha något med det att göra.

Årets nobelpristagare i fysik, Roger Penrose, tror att det kan vara en konsekvens av levande varelsers medvetande.

Jagar små rörelser

Under det senaste decenniet eller så, fysiker har febrilt letat efter en spårmängd värme som skulle tyda på en störning i vågfunktionen.

För att ta reda på detta, vi skulle behöva en metod som kan undertrycka (så perfekt som möjligt) alla andra källor till "överskottsvärme" som kan komma i vägen för en exakt mätning.

Vi skulle också behöva hålla en effekt som kallas kvant "backaction" i schack, där handlingen att observera sig själv skapar värme.

I vår forskning, vi har formulerat ett sådant experiment, som skulle kunna avslöja om rumslig superposition är möjlig för storskaliga objekt. De bästa experimenten hittills har inte lyckats åstadkomma detta.

Hitta svaret med små strålar som vibrerar

Vårt experiment skulle använda resonatorer vid mycket högre frekvenser än vad som har använts. Detta skulle ta bort problemet med eventuell värme från själva kylen.

Som var fallet i tidigare experiment, vi skulle behöva använda ett kylskåp på 0,01 grader kelvin över absoluta nollpunkten. (Absolut noll är den lägsta temperaturen som är teoretiskt möjlig).

Med denna kombination av mycket låga temperaturer och mycket höga frekvenser, vibrationer i resonatorerna genomgår en process som kallas "Bose-kondensering".

Du kan föreställa dig detta som att resonatorn blir så fast frusen att värme från kylen inte kan vicka på den, inte ens ett dugg.

Vi skulle också använda en annan mätstrategi som inte alls tittar på resonatorns rörelse, utan snarare mängden energi den har. Denna metod skulle starkt dämpa värme mot bakverkan, för.

Men hur skulle vi göra detta?

Enstaka ljuspartiklar skulle komma in i resonatorn och studsa fram och tillbaka några miljoner gånger, absorberar eventuell överskottsenergi. De skulle så småningom lämna resonatorn, transporterar bort överskottsenergin.

Genom att mäta energin hos de ljuspartiklar som kommer ut, vi kunde avgöra om det fanns värme i resonatorn.

Om värme var närvarande, detta skulle indikera att en okänd källa (som vi inte kontrollerade för) hade stört vågfunktionen. Och detta skulle innebära att det är omöjligt för superposition att ske i stor skala.

Är allt kvant?

Experimentet vi föreslår är utmanande. Det är inte sånt man slentrianmässigt kan ställa upp på en söndagseftermiddag. Det kan ta år av utveckling, miljoner dollar och ett helt gäng skickliga experimentfysiker.

Ändå, det skulle kunna svara på en av de mest fascinerande frågorna om vår verklighet:är allt kvant? Och så, vi tycker verkligen att det är värt ansträngningen.

När det gäller att sätta en människa, eller katt, till kvantsuperposition – det finns verkligen inget sätt för oss att veta hur detta skulle påverka den varelsen.

Lyckligtvis, det här är en fråga vi inte behöver tänka på, tills vidare.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.