Una peonza gira, pero su eje permanece invisible. Más o menos así se comporta el muón, un pariente pesado del electrón. Su espín (rotación interna) cambia de dirección, y solo se puede inferir por cómo se desintegra el muón. En el nuevo experimento, los científicos siguieron los espines de aproximadamente 10 mil millones de muones, utilizando datos del experimento Muon g-2 en Fermilab.
Comprobaron la desigualdad de Leggett-Garg, una regla que funciona para objetos ordinarios pero se viola en el mundo cuántico. Si el muón se comportara como una peonza clásica, su espín en diferentes momentos obedecería esta desigualdad. Las mediciones mostraron lo contrario: la desigualdad se viola con una confianza de 5,5 sigma. Es como si una moneda lanzada al aire resultara ser cara y cruz al mismo tiempo.
La principal dificultad consistió en reconstruir las correlaciones ocultas del espín a partir de los datos de desintegración. Esto es similar a reconstruir la trayectoria de un péndulo invisible a partir de las sombras que proyecta. Los científicos construyeron un modelo simplificado del detector y vieron una señal clara de violación. Por ahora, la precisión está limitada por errores sistemáticos, pero futuros experimentos podrían reducirlos al nivel de la estadística, alrededor del 0,1%. Entonces se convertiría en una de las mediciones más precisas de correlaciones cuánticas en el tiempo.
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2606.20788
We present the first study of Leggett-Garg inequality violation in polarized muon spin precession. We formulate a procedure to reconstruct temporal correlators of the longitudinal muon polarization from measured time-dependent muon decay spectra and apply it to publicly available Fermilab Muon $$g-2$$ data corresponding to approximately $$10$$ billion muon decays. Using a simplified model of the detector acceptance and efficiency, the Leggett-Garg inequality is found to be violated with a single-bin significance of $$5.5\sigma$$, while combining neighboring bins further increases the significance. While our analysis is limited by systematic uncertainties associated with the detector modeling, a dedicated experimental analysis could reduce these uncertainties toward the statistical level, $$\mathcal{O}(10^{-3})$$, potentially enabling one of the most precise measurements of temporal quantum correlations.
El muón vive solo 2,2 microsegundos, pero en ese tiempo su espín logra realizar múltiples "volteretas" cuánticas que los científicos han registrado.
En la novela "Contacto" de Carl Sagan, los muones se utilizan para transmitir mensajes ocultos, aprovechando sus propiedades cuánticas.