Une toupie tourne, mais son axe reste invisible. C'est à peu près ce qui se passe avec le muon, un lourd cousin de l'électron. Son spin (rotation interne) change de direction, et on ne peut le savoir qu'en observant la façon dont le muon se désintègre. Dans une nouvelle expérience, les scientifiques ont suivi les spins d'environ 10 milliards de muons, en utilisant les données de l'installation Muon g-2 au Fermilab.
Ils ont testé l'inégalité de Leggett-Garg, une règle qui s'applique aux objets ordinaires mais qui est violée dans le monde quantique. Si le muon se comportait comme une toupie classique, son spin à différents instants obéirait à cette inégalité. Les mesures ont montré le contraire : l'inégalité est violée avec une confiance de 5,5 sigma. C'est comme si une pièce lancée en l'air retombait à la fois sur pile et sur face.
La principale difficulté consistait à reconstituer les corrélations cachées du spin à partir des données de désintégration. C'est comme reconstituer la trajectoire d'un pendule invisible à partir des ombres qu'il projette. Les scientifiques ont construit un modèle simplifié du détecteur et ont observé un signal clair de violation. Pour l'instant, la précision est limitée par les erreurs systématiques, mais de futures expériences pourraient les réduire au niveau statistique, soit environ 0,1 %. Cela en ferait l'une des mesures les plus précises des corrélations quantiques dans le temps.
Le muon ne vit que 2,2 microsecondes, mais pendant ce temps, son spin a le temps d'effectuer de nombreuses « pirouettes » quantiques que les scientifiques ont enregistrées.
Dans le roman « Contact » de Carl Sagan, les muons sont utilisés pour transmettre des messages cachés, en exploitant leurs propriétés quantiques.