Фізики з Массачусетського технологічного інституту вперше використовували нейтрино для доказу порушення нерівностей Леггетта-Гарга. Порушення вдалося показати на відстанях близько 735 кілометрів. Нерівності Леггетта-Гарга являють собою умови, які повинні виконуватися в повністю детермінованому світі. Реалізованість експерименту Шредінгера з котом, що знаходиться одночасно в «живому» і «мертвому» стані, можлива лише при порушенні цих нерівностей. Дослідження прийнято до публікації в (препринт), коротко про нього повідомляє і прес-реліз MIT.
Квантова механіка допускає існування об'єкта одночасно в двох станах, наприклад, обертаються за та проти годинникової стрілки. Такі стани називаються суперпозицією. Однак будь-яка спроба вимірювання руйнує суперпозицію і показує, що напрямок обертання об'єкта строго один. Результат вимірювання визначається ймовірністю: умовно, об'єкт може з 80-відсотковою ймовірністю обертатися за годинниковою стрілкою і з 20-відсотковою - проти. До вимірювання п'ять таких об'єктів будуть нерозбірливі, після один з них, швидше за все, виявиться відмінним від інших.
З точки зору реалізму до вимірювання ці п'ять об'єктів теж будуть відрізнятися, наприклад, за рахунок якихось прихованих параметрів. Леггетт і Гарг розробили спеціальний експеримент, за допомогою якого можна перевірити, чи порушується реалізм. У класичній постановці, для цього потрібно кілька послідовних вимірювань. Нерівності Леггетта-Гарга встановлюють обмеження на кореляцію між результатами вимірювань у різні моменти часу. Їх ще називають тимчасовим аналогом нерівностей Белла: останні обмежують кореляцію між двома системами, що знаходяться в різних точках простору.
Перевірка нерівностей Леггетта-Гарга в разі квантових частинок ускладнена тим, що вимірювання знищують суперпозицію. Тому для експериментів вчені використовують методи так званих слабких вимірювань, що не порушують квантовість частинок. Порушення нерівностей були зафіксовані для фотонів, надпровідних ланцюгів, електронів і ядерних спинів. У новій роботі автори побачили порушення нерівностей для реакторних нейтрино, що осцилюють на відстані 735 кілометрів між джерелом і детектором.
Осциляціями нейтрино називають періодичний процес перетворення мюонних нейтрино на частинки іншого сорту - електронні або тау-нейтрино - і назад. Сорт нейтрино показує, як нейтрино взаємодіє з різними лептонами (електронами, мюонами і тау). Завдяки осциляціям замість мюонного нейтрино, який народився в ядерній реакції, можна отримати в детекторі електронне. Саме цей процес вивчали в експерименті MINOS, даними якого скористалися автори.
У роботі автори використовували не послідовні вимірювання, а одночасний аналіз для частинок з різними енергіями. Таку заміну, за словами вчених, можна зробити, оскільки частота осциляцій сильно залежить від енергії частинок. Для високоенергетичних нейтрино «годинник цокає швидше», пояснює, тому можна шукати кореляції в експерименті між частинками з різними енергіями.
Як і очікували автори, експеримент показав, що до вимірювання нейтрино не відрізняються один від одного. Вчені відзначають, що це рекордний за масштабом відстаней тест нерівностей, аналогічних нерівностям Белла.
«Якби ви сказали мені десять років тому, що ми будемо використовувати нейтрино для дослідження основ квантової механіки, то я б відповів, що ви курили щось дуже цікаве» - прокоментував роботу Ендрю Вайт, фізик з Університету Квінсленда, Австралія. - «Це не дивний результат, але він приваблює тим, що показує нову систему для дослідження квантових основ».
Раніше фізики-теоретики з Інституту квантової оптики Товариства Макса Планка показали, що використовувати нерівності Леггетта-Гарга для тестів макрореалізму недостатньо. Вчені запропонували замінити ці нерівності на рівняння, що відображають принцип причинності і «не-передачі» інформації в часі.