¿Por qué los neutrinos no son "reales"?

Uno de los supuestos básicos que hacemos sobre los objetos es que son objetivamente reales. Por ejemplo, cuando sale de su apartamento en la mañana, usted se imagina que su casa está justo donde lo dejó a medida que avanza el día. Salvo alguna calamidad, que espera encontrar su apartamento justo como lo dejó cuando regrese por la noche. Esta idea se conoce como macrorealismo, en el que un objeto macroscópico como su casa sigue ahí, incluso cuando no lo está mirando. En términos científicos diríamos existe el estado de un objeto independiente del observador. Si bien esto parece obviamente cierto, podemos probar la idea experimentalmente.
Para demostrar esto, vamos a considerar un experimento. Supongamos que tenemos una caja que contiene una moneda. En cualquier momento podemos abrir la caja y ver si es cara o cruz. El problema es que la caja tiene que seguir una regla determinada. Lo que se observa inicialmente, debe observar la misma cosa diez segundos más tarde. Si abre la caja y ve cara, a continuación, diez segundos después, cuando se abre la caja también debe ver cara. Para el experimento que va a abrir la caja, a continuación, abrirlo cinco segundos más tarde, y finalmente volver a abrirla en diez segundos. Sabemos que la primera y última observaciones tienen que estar de acuerdo, pero ¿qué pasa con la observación en el medio?
Depende de lo que hace la caja con la moneda. Una posibilidad es que la caja no hace nada, así que si ves las colas de la primera vez, verá ambas colas de otros tiempos. Otra posibilidad es que cada vez que abra la caja en la que lanza la moneda cuando se cierra. Así que la primera vez que ves las cara, cruz el segundo tiempo, y los terceros cara otra vez. Pero también podríamos hacer un cuadro complicado que lanza la moneda, a veces aparentemente al azar, pero lo hace de tal manera que cada diez segundos se repite el patrón. En ese caso, siempre nos veríamos lo mismo que la primera y última vez, pero la observación media parecería aleatoria. Si macrorealismo es cierto, entonces las observaciones medias siendo siempre la misma que la primera y la última observación, siempre opuesto o al azar siempre son las únicas posibilidades para el experimento.

El detector lejano MINOS cerca de Soudan, MN.
Esta condición realidad se puede expresar en un simple desigualdad conocido como el Leggett-Garg desigualdad. Esto se hace mirando a la correlación entre cada observación. Desde las primeras y últimas observaciones siempre deben estar de acuerdo, entonces podemos decir que la correlación C13 = 1. Si la observación del medio es también la misma, entonces podemos decir C12 = C23 = 1. Si la observación del medio es siempre opuesta, entonces podemos sayC12 = C23 = - 1. Si la observación del medio es al azar thenC12 = C23 = 0. la desigualdad de Leggett-Garg simplemente que C12 + C23 - C13 debe ser no más grande que 1. Esto tiene sentido porque los tres casos dan sumas de 1 , -3, o -1. Si cualquier experimento viole esta desigualdad, podemos decir que viola el supuesto de microrealismo.

Las mediciones de neutrinos sabor. La curva roja representa el resultado esperado por la desigualdad de Leggett-Garg. Las observaciones reales en azul violan claramente la desigualdad. Crédito: J. A. Formaggio,
Lo que es interesante es que los sistemas cuánticos violan esta desigualdad todo el tiempo. Tomemos, por ejemplo, un experimento reciente sobre los neutrinos. Los neutrinos tienen una extraña propiedad conocida como oscilación, donde el "sabor" de un neutrino cambia. Cada sabor interactúa con otro asunto de una manera única, por lo que cuando observamos los neutrinos también observar su sabor. Es tentador imaginar los tres sabores de neutrinos como si fuera el estado de un semáforo. Es siempre de color rojo, verde o amarillo, pero cambia con el tiempo. Si ese fuera el caso, entonces la desigualdad de Leggett-Garg debe mantener durante la oscilación de neutrinos. Pero no lo hace. Recientemente, un equipo midió el sabor de los neutrinos con vigas de Fermilab al detector lejano MINOS cerca de Soudan, MN. Encontraron una clara violación de la desigualdad de Leggett-Garg, lo que significa que el sabor de neutrinos viola microrealism. En otras palabras sabor neutrino es un verdadero estado cuántico. Un neutrino en particular no tiene un sabor específico que cambia con el tiempo, porque el sabor no es macroscópicamente real.
Es un ejemplo más de cómo falla la intuición cuando se trata de la teoría cuántica.