Волчок крутится, но его ось остаётся невидимой. Примерно так ведёт себя мюон — тяжёлый родственник электрона. Его спин (внутреннее вращение) меняет направление, и судить об этом можно лишь по тому, как мюон распадается. В новом эксперименте учёные проследили за спинами примерно 10 миллиардов мюонов, используя данные установки Muon g-2 в Фермилабе.
Они проверили неравенство Леггетта-Гарга — правило, которое работает для обычных объектов, но нарушается в квантовом мире. Если бы мюон вёл себя как классический волчок, его спин в разные моменты времени подчинялся бы этому неравенству. Измерения показали обратное: неравенство нарушается с уверенностью в 5,5 сигма. Это как если бы подброшенная монета в полёте оказывалась и орлом, и решкой одновременно.
Главная трудность заключалась в том, чтобы восстановить скрытые корреляции спина по данным распадов. Это похоже на восстановление траектории невидимого маятника по теням, которые он отбрасывает. Учёные построили упрощённую модель детектора и увидели чёткий сигнал нарушения. Пока точность ограничена систематическими погрешностями, но будущие эксперименты могут снизить их до уровня статистики — около 0,1%. Тогда это станет одним из самых точных измерений квантовых корреляций во времени.
как её написали авторы, на английском 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.
Мюон живёт всего 2,2 микросекунды, но за это время его спин успевает совершить множество квантовых «кульбитов», которые и зафиксировали учёные.
В романе «Контакт» Карла Сагана мюоны используются для передачи скрытых сообщений, используя их квантовые свойства.