物理学者のチームは、質量を持つ粒子の内部状態ではなく、運動に関連する運動量状態を用いて、初めてベルの不等式を破った。この実験では、物質波干渉計内で操作された、運動量において量子もつれ状態にある準安定ヘリウム原子のペアが用いられた。結果の S = 2,52 ± 0,17 は、古典的な限界値である 2 を三つの標準偏差分上回った。
この研究は、オーストラリア国立大学の研究者である Ｊ・Ｓ・アトレヤ、Ｓ・カンナン、Ｓ・Ｓ・ホッジマンおよびその同僚らによって行われた。彼らは、極低温ガス中での s 波衝突を通じて、準安定状態にあるヘリウム 4 原子ペアを生成した。その後、ペアは分離され、光学干渉計の原子版に相当するコヒーレント物質波干渉法を用いて、その軌道が操作された。
重要な点は、運動量における量子もつれとは、距離に関係なく、片方の原子の速度を測定するともう片方の速度が瞬時に決定されることを意味することである。これは単なる相関ではなく、運動量空間における真の非局所性である。反対方向に飛び去る二つのボールを想像してみてほしい。もし一方が突然方向を「選ぶ」と、たとえ両者の間を信号が通過する時間がなくても、もう一方が即座にそれに合わせるのである。
この実験は、量子原子光学の長年の目標であった、ベルの不等式の検証を光子やスピンから質量を持つ粒子の外部自由度へと移すことを達成した。以前は、このような検証は原子の内部状態または軽い光子に対してのみ行われていた。今や、重い物体の運動に対して不等式が破られたのである。
これは、重力場における量子非局所性の研究への道を開くものである。重い粒子は重力をより強く感じるため、次のステップは、重力が運動量の絡み合いにどのように影響するかを検証することである。2026年9月2日にarXivで公開されたプレプリントによると、この研究は、量子力学と一般相対性理論の境界における将来の実験の基礎を築くものである。
物質波干渉計を用いて得られた結果は、量子非局所性が軽い粒子の微視的な世界に限定されないことを示している。重い原子も同じ奇妙な規則に従うのであり、それが今や直接的に証明された。
