Нейтроны нарушили неравенство Леггетта — Гарга

Австрийские физики продемонстрировали нарушение неравенства Леггетта — Гарга. Для этого они провели идеальные отрицательные измерения в нейтронном интерферометре и подтвердили квантовую природу обнаруженных нарушений. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Неравенство Леггетта — Гарга выполняется во всех макрореалистических физических теориях. Оно формализует два макрореалистических постулата. Во-первых, любой макроскопический объект, который может находиться в двух или более различных состояниях обязательно находится в одном из них в любой момент времени. Во-вторых, всегда можно определить, в каком из этих состояний находится система, не влияя при этом ни на состояние, ни на динамику системы. Можно сказать, что неравенство Леггетта — Гарга — это временной аналог неравенств Белла для проверки локального реализма. Более подробно о том, что такое локальный реализм и как он нарушается в квантовой механике, читайте в нашем материале «Квантовая азбука: Нелокальность».

Квантовая механика предсказывает нарушение неравенств Леггетта — Гарга, поскольку противоречит обоим постулатам. Измеряя квантовую систему в разное время, можно получить корреляции, которые можно использовать для записи неравенства. Результаты этих корреляционных измерений либо подтверждают отсутствие макрореалистического описания системы, либо показывают принципиальную невозможность измерений системы без нарушения ее состояния. Ранее ученые уже наблюдали для квантовых систем нарушение этих неравенств. Однако в большинстве случаев второй постулат реализовался в предыдущих экспериментах путем слабых измерений или при помощи дополнительных систем, что приводит к неидеальной проверке неравенств.

Физики под руководством Штефана Шпонара (Stephan Sponar) из Венского технического университета обнаружили нарушение неравенства Леггетта — Гарга при помощи идеальных отрицательных измерений в нейтронном интерферометре. Для этого ученые запускали пучок нейтронов в определенном известном состоянии в интерферометр и наблюдали за распространением расщепленных пучков нейтронов при помощи нейтронных детекторов. Поскольку регистрация нейтрона детектором — это безусловное вмешательство, физики регистрировали конечные состояния при учете, что нейтронный детектор, расположенный на пути одного из лучей интерферометра, не сработал. По словам ученых, это и есть идеальные отрицательные измерения, в которых наблюдается отсутствие объекта вместо его присутствия.

В результате, комбинируя расположение нейтронного детектора и поглотителя, а также вводя дополнительный фазовый сдвиг, ученые обнаружили превышение значения корреляционной функции над единицей со значимостью около пяти стандартных отклонений с максимальным значением 1,12. При этом без поглотителя значение оказалось меньше единицы для всех фазовых сдвигов.

Физики утверждают, что это нарушение неравенства Леггетта — Гарга невозможно объяснить макрореалистическими теориями, при этом результат согласуется с предсказанием квантовой механики. Отклонение экспериментального значения от расчетного ученые объяснили систематическими ошибками эксперимента.

Стоит отметить, что не все ученые склонны считать нарушение неравенства Леггетта — Гарга необходимым и достаточным условием проверки макрореализма системы. Ранее проверять макрореализм действительности предлагали «не-передачей» информации во времени.