大規模なニュートリノ実験からのデータは、とらえどころのない素粒子が文字通り一度に 2 つの相互に排他的なタイプである必要があることを示しており、私たちの直感的な現実感に穴を開けています。その結果が岩盤の量子力学です。しかし、これは高度に制御された量子光学実験で通常示されるものであり、ほとんど検出できないニュートリノでは示されません。
セントルシアにあるクイーンズランド大学の物理学者であるアンドリュー・ホワイトは、次のように述べています。オーストラリアのブリスベンで、彼はその仕事に関与していませんでした。 「結果はまったく驚くべきことではありませんが、量子基盤をテストするための新しいシステムがあることを示しているため、非常に魅力的です。」
量子論によれば、微小なものは日常の物体とはまったく異なる振る舞いをします。リンゴとは異なり、亜原子粒子は 2 つの場所に存在することも、2 つの異なる種類が同時に存在することもあります。ただし、これらの双方向の「重ね合わせ」状態は壊れやすいものです。たとえば、水平方向と垂直方向の両方に同時に偏光された光または光子の粒子を測定すると、いずれかの方向にランダムに「崩壊」します。
それでも、量子論によれば、光子の偏光は測定されるまで存在しません。アルバート・アインシュタインは、物体の物理的特性は、測定とは無関係に存在する「現実の要素」でなければならないと主張して、その考えを軽蔑しました。 「リアリズム」を救うために、一部の物理学者は、そのような測定の結果は、光子内の「隠れた変数」によって事前に決定されると主張しました.
1964 年、英国の理論家ジョン ベルは、その概念をテストする方法を考案しました。量子論では、双方向状態にある 2 つの光子を「もつれ」させることができるため、1 つの測定によって、その偏光だけでなく他の光子の偏光も即座に決定されます。たとえそれが光年離れていても同様です。その量子接続は、隠れ変数が許すよりも強い粒子間の相関関係を生み出す、とベルは示した。昨年、オランダと米国の物理学者は、そのような隠れた変数を排除して、これらの相関関係についてこれまでで最高の実証を行いました.
ニュートリノを使ったテストには、空間ではなく時間で分離された測定値間の相関関係が含まれます。 1985 年、現在イリノイ州エバンストンのノースウェスタン大学にいる理論家の Anupam Garg と、イリノイ大学アーバナ シャンペーン校の Anthony Leggett は、単一量子系の反復測定を検討しました。方法または他の方法。リングは、表または裏になることができるコインを模倣していますが、電流は同時に両方向に流れることもできます.
量子論によれば、電流は 2 つの方向の間で振動します。したがって、測定すると、時間に依存する確率で、たとえば時計回りに流れていることがわかります。 Leggett と Garg は、電流が測定されるまで方向がない場合、3 つ以上の測定値間の特定の相関関係が古典物理学が許容するよりも強いことを発見しました。
実験者はレゲットとガーグの検定を近似しました。 2011 年、ホワイトと同僚は、平均的な方法であり、単一の光子ではありませんが、量子光学における非常に強い相関を示しました。現在、ケンブリッジにあるマサチューセッツ工科大学のニュートリノ物理学者である Joseph Formaggio とその同僚たちは、イリノイ州バタビアにあるフェルミ国立加速器研究所 (Fermilab) で行われたメイン インジェクター ニュートリノ振動探索 (MINOS) 実験のデータを使用してデモを行っています。ミネソタ州のスーダン鉱山にある 5.4 キロトンの検出器まで、光速に近い 735 キロメートルのニュートリノ。
ニュートリノには、互いに変化する 3 つのフレーバーがあります。フェルミ研究所から発射されたものは、いわゆるミューニュートリノとして始まり、レゲットとガーグによって分析されたプロセスに似たプロセスで、主に電子ニュートリノに「振動」します。 MINOS の実験者は、ニュートリノを検出すると破壊されるため、個々のニュートリノを繰り返し測定しませんでした。しかし、各ニュートリノは同じ状態で始まり、その進化はフェルミラボを離れてからの時間だけに依存します。したがって、多くのニュートリノを測定することは、同じものを繰り返し測定することと同じでした.
また、MINOS の物理学者は、フェルミ研究所からの距離が異なるニュートリノを測定しなかったため、Formaggio と同僚は、異なる飛行時間後に行われた測定値を直接比較することができませんでした。ただし、ニュートリノが振動する速度はエネルギーに応じて変化し、よりエネルギーの高いニュートリノほどクロックの刻みが速くなります。そのため、異なる時間に測定されたニュートリノ間の相関関係を探す代わりに、Formaggio と同僚は、異なるエネルギーでミネソタに到着するミュー型ニュートリノの数の同等の相関関係を探しました。
Physical Review Letters の印刷中の論文で報告されているように、研究者は Leggett と Garg によって予測された強い相関関係を観察しました。 . 「予想通り、これは非常に明白な効果です」と Formaggio 氏は言います。データは、ニュートリノが実際に測定されるまで味を持たないことを強調している、と彼は言う.
ニュートリノ振動は本質的に量子力学的であるため、結果は驚くべきことではないとガーグは言います。それでも、彼は、「新しい体制における量子世界と古典世界の間の対立を調査している」と述べています。
次は、ニュートリノが他の方法で量子力学をテストできるかどうかを確認することになるだろう、と Formaggio と White は言う。 Garg は、彼と Leggett が最初に意図したとおりに考案したテストを誰かが推し進めてくれることを今でも望んでいると述べています。それは、リアリズムが本当に巨視的なオブジェクトに当てはまるかどうかをテストすることです。それが失敗した場合、私たちの現実感は本当に窓から消えてしまいます.
