２０世紀に残された量子の謎の解明に取り組んでいます

光子でなく、他の量子（電子や陽子）もシュレディンガー方程式に従って、移動にともなって波動が空間的に大きくなっていくとすると、宇宙から飛んでくる高エネルギーの陽子（10+20eV)も、非常に大きな横方向の波動となっていることになります。しかし、この陽子は、地球の大気や写真乾板に衝突すると、１ミクロン以下の大きさで１直線にそのエネルギーをうしなっていくのが観測できるのです。常識では、陽子は、衝突前はある程度の空間的広がりを持っていたとしても、地球レベルや、太陽系レベルや銀河レベルの空間的広がりとなっているとは思われません。

　この時、Q1,Q2は、スピンの性質はどうなっているのでしょうか。

全体で0で衝突に関係なく一定なので、１方が+1なら、他方は、−１です。コペンハーゲン解釈では、一方を「測定」しないかぎり、他方は決まらず、一方を測定して、+1なら、一瞬で他方は、−１になるというのです。これが常識に反するのは、Q1,Q2の粒子を反対方向に放出して、銀河の彼方に遠ざかった時、Q1を測定すると、即座に銀河の彼方のQ2のスピンが決定されるというのです。EPR（アインシュタイン、ポドロフスキー、ローゼン)* はこれに異議をとなえ、量子論は不完全だと主張しました。当然、衝突後直後から、づっとスピンの性質は決まっており、ただ、銀河の彼方に離れたとき、測定しただけで、最初から決まっていたという隠れた変数理論もありました。1950年代まで、この問題は哲学的問題と考えられておりましたが、ベル(J.S.Bell 1964)が、ベルの不等式を発見し、その後の実験で、隠れた変数は存在しないということが実験で証明されたことになっております。
　しかし、これは、まことに不可解なことです。量子論は、実験結果を導出するたんなる、しかもかなり強力な数学的方法でありますから、どこかに、より自然な理論があるものと思われます。

　図の説明

　Laser Diode (405nm)のレーザ光が、Down Conversion Crystal (非線形結晶BBO)に入射すると、その非線形の効果により、２つの双子の光子が同時に発生します。これらの光子の波長は、405nmの倍の810nmになります。この光子対は、量子もつれあい状態にあり、一方の性質が決定されれば、他方の性質も”同時”に決定されるといわれております。ここでは、１つの光電子増倍管で２つの光子を計測しております。一方の光子は集光されて、光ファイバーに入射され、約３０nsecほど遅らされて、光電子増倍管に入射します。光電子増倍管の時間分解能は約10nsec以上あるため、光子ペアの信号は、２つのパルスとなり分離されます。そして、回路により、２つのパルスが発生しているか調べることで、２光子発生の実験（アインシュタインーポドロフスキー,ローゼンのパラドックス）の検証が可能です。価格はおおよそ５０万円におさえられるため簡単な実験が可能です。