Κβαντική Φυσική, Ανισότητα Leggett-Garg: Ελέγχοντας την κβαντική φυσική με το φαινόμενο της ταλάντευσης των νετρίνων

Αν μετράς ένα σύστημα (όπως μια γάτα) και το βρίσκεις σε μια κατάσταση (ζωντανή), πρέπει να υποθέσεις ότι ήταν σε αυτή την κατάσταση και πριν από τη μέτρησή σου. Όμως η κβαντική φυσική αγνοεί αυτή την κλασική (ή ρεαλιστική) θεώρηση του κόσμου. Ορισμένα πειράματα έχουν δείξει ότι τα κβαντικά συστήματα παρουσιάζουν χρονικές συσχετίσεις που παραβιάζουν την αποκαλούμενη ανισότητα Leggett-Garg (LGI), που οριοθετεί τις κλασικές θεωρίες. [egno: Στην κβαντομηχανική η ανισότητα Leggett-Garg παραβιάζεται, που σημαίνει ότι η χρονική εξέλιξη ενός συστήματος δεν μπορεί να κατανοηθεί κλασικά]. Ένας νέος έλεγχος LGI με χρήση δεδομένων από την ταλάντευση των νετρίνων παρέχει τη μεγαλύτερη απόσταση, μέχρι σήμερα, επαλήθευσης της κβαντικής φυσικής.

Ο έλεγχος LGI είναι το χρονικό ανάλογο του ελέγχου της πολύ γνωστής ανισότητας Bell. Αντί να μετρά δυο συστήματα σε διαφορετικές θέσεις (όπως στην Bell), ένα πείραμα LGI παραδοσιακά μετράει το ίδιο σύστημα σε δυο διαφορετικούς χρόνους. Η κβαντική πρόβλεψη είναι ότι συσχετισμοί μεταξύ διαφορετικών μετρήσεων μπορεί να υπερβούν ένα όριο που τίθεται από τα κλασικά μοντέλα. Προηγούμενοι έλεγχοι LGI έχουν χρησιμοποιήσει μια ποικιλία συστημάτων, συμπεριλαμβανομένων υπεραγώγιμων qubits και φωτονίων.


Ένα πρόβλημα με τους ελέγχους LGI είναι ότι ένας επίμονος «ρεαλιστής» θα μπορούσε να ισχυριστεί ότι οι μετρήσεις διαταράσουν το σύστημα και παραμορφώνουν τα αποτελέσματα. Στον έλεγχό τους με βάση τα νετρίνα, ο Joseph Formaggio και οι συνάδελφοί του από το MIT, ελαχιστοποίησαν τη διαταραχή συγκρίνοντας μετρήσεις σε διαφορετικές ομάδες νετρίνων. Η ομάδα ανέλυσε δεδομένα από το πείραμα νετρίνων MINOS (Main Injector Neutrino Oscillation Search), που μετράει μια δέσμη από νετρίνα μυονίου με δυο ανιχνευτές – έναν κοντά στην πηγή στο Fermilab και τον άλλον 735 km μακριά, στο εργαστήριο στο ορυχείο Soudan στην Μινεσότα. Ο απομακρυσμένος ανιχνευτής δείχνει ένα έλλειμμα νετρίνων μυονίου, λόγω των κβαντικών ταλαντεύσεων. Ο Formaggio και οι συνεργάτες του συνέλεξαν 715 σύνολα δεδομένων από το δείγμα του MINOS και βρήκαν ότι 577 από αυτά παραβίαζαν το κλασικό όριο. Τα αποτελέσματα αποκλείουν μια τάξη ρεαλιστικών μοντέλων στα οποία το σύστημα που εξελίσσεται δεν εξαρτάται από οποιαδήποτε «μνήμη» της αρχικής του κατάστασης.

Έτσι, ένα πείραμα παρόμοιο με αυτό του ελέγχου των ανισώσεων Bell, επιβεβαιώνει ότι η ταλάντευση του νετρίνου είναι ένα φαινόμενο της κβαντικής φυσικής που είναι μη συμβατό με εναλλακτικά κλασικά μοντέλα.