ABSTRACT (English) The Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) experiment is generally regarded as one of the most significant demonstrations of quantum correlations that are incompatible with certain forms of local realism. In the standard interpretation, attention is focused on the correlations observed among three entangled photons and on the resulting impossibility of assigning simultaneous pre-existing values to all possible measurement settings. In the present work, the experimental results reported in the literature are fully accepted. The analysis focuses instead on their physical interpretation. Starting from an examination of the actual experimental apparatus and the complete distributions of the eight observed triplets, special attention is drawn to the role played by photons B and C, which must arrive simultaneously at a common optical region in order for the characteristic GHZ correlations to emerge. The analysis suggests the introduction of a composite variable defined as: Q(BC) = B × C representing a collective property of the B-C pair. Through this reformulation, GHZ correlations can be reinterpreted as correlations between photon A and the composite structure Q(BC), reducing the problem from a three-photon correlation to a correlation between two physical systems. An empirical correlation law based on the phase shifts introduced by the measurement apparatus is also proposed. This law reproduces the observed separation between strongly correlated configurations and configurations displaying no dominant correlation. Finally, a possible physical interpretation of the composite structure Q(BC) is discussed, in which the final correlation emerges as a consequence of the interaction between photons B and C within the common region of the apparatus. Within this framework, the tripartite correlation may be interpreted as a transitive property constructed during the experimental process rather than as a fundamental pre-existing property of the entire system. ABSTRACT (Italiano) L'esperimento di Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) è generalmente considerato una delle più importanti dimostrazioni sperimentali dell'esistenza di correlazioni quantistiche incompatibili con determinate forme di realismo locale. Nella formulazione convenzionale, l'attenzione è concentrata sulle correlazioni osservate tra tre fotoni entangled e sulla conseguente impossibilità di attribuire simultaneamente valori preesistenti a tutte le possibili configurazioni di misura. Nel presente lavoro non vengono messi in discussione i risultati sperimentali pubblicati in letteratura. L'analisi si concentra invece sulla loro interpretazione fisica. Partendo dall'esame dell'apparato sperimentale reale e delle distribuzioni complete delle otto terne osservate, viene evidenziato il ruolo particolare svolto dalla coppia di fotoni B e C, che devono raggiungere simultaneamente una regione comune dell'apparato affinché le correlazioni caratteristiche dell'esperimento possano manifestarsi. L'analisi dei dati suggerisce l'introduzione di una variabile composta definita come: Q(BC) = B × C che rappresenta una proprietà collettiva della coppia B-C. Attraverso tale riformulazione, le correlazioni GHZ possono essere reinterpretate come correlazioni tra il fotone A e la struttura composta Q(BC), riducendo il problema da una correlazione tripartita ad una correlazione tra due sistemi fisici. Viene inoltre proposta una legge empirica di correlazione basata sugli sfasamenti introdotti dagli apparati di misura, capace di riprodurre la separazione osservata tra configurazioni correlate e configurazioni prive di correlazione dominante. Infine viene discussa una possibile interpretazione fisica della struttura composta Q(BC), nella quale la correlazione finale emerge come conseguenza dell'interazione tra i fotoni B e C nella regione comune dell'apparato. In questa prospettiva la correlazione tripartita può essere interpretata come una proprietà transitiva costruita durante il processo sperimentale e non necessariamente come una proprietà fondamentale preesistente dell'intero sistema.
ABSTRACT (English) The Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) experiment is generally regarded as one of the most significant demonstrations of quantum correlations that are incompatible with certain forms of local realism. In the standard interpretation, attention is focused on the correlations observed among three entangled photons and on the resulting impossibility of assigning simultaneous pre-existing values to all possible measurement settings. In the present work, the experimental results reported in the literature are fully accepted. The analysis focuses instead on their physical interpretation. Starting from an examination of the actual experimental apparatus and the complete distributions of the eight observed triplets, special attention is drawn to the role played by photons B and C, which must arrive simultaneously at a common optical region in order for the characteristic GHZ correlations to emerge. The analysis suggests the introduction of a composite variable defined as: Q(BC) = B × C representing a collective property of the B-C pair. Through this reformulation, GHZ correlations can be reinterpreted as correlations between photon A and the composite structure Q(BC), reducing the problem from a three-photon correlation to a correlation between two physical systems. An empirical correlation law based on the phase shifts introduced by the measurement apparatus is also proposed. This law reproduces the observed separation between strongly correlated configurations and configurations displaying no dominant correlation. Finally, a possible physical interpretation of the composite structure Q(BC) is discussed, in which the final correlation emerges as a consequence of the interaction between photons B and C within the common region of the apparatus. Within this framework, the tripartite correlation may be interpreted as a transitive property constructed during the experimental process rather than as a fundamental pre-existing property of the entire system. ABSTRACT (Italiano) L'esperimento di Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) è generalmente considerato una delle più importanti dimostrazioni sperimentali dell'esistenza di correlazioni quantistiche incompatibili con determinate forme di realismo locale. Nella formulazione convenzionale, l'attenzione è concentrata sulle correlazioni osservate tra tre fotoni entangled e sulla conseguente impossibilità di attribuire simultaneamente valori preesistenti a tutte le possibili configurazioni di misura. Nel presente lavoro non vengono messi in discussione i risultati sperimentali pubblicati in letteratura. L'analisi si concentra invece sulla loro interpretazione fisica. Partendo dall'esame dell'apparato sperimentale reale e delle distribuzioni complete delle otto terne osservate, viene evidenziato il ruolo particolare svolto dalla coppia di fotoni B e C, che devono raggiungere simultaneamente una regione comune dell'apparato affinché le correlazioni caratteristiche dell'esperimento possano manifestarsi. L'analisi dei dati suggerisce l'introduzione di una variabile composta definita come: Q(BC) = B × C che rappresenta una proprietà collettiva della coppia B-C. Attraverso tale riformulazione, le correlazioni GHZ possono essere reinterpretate come correlazioni tra il fotone A e la struttura composta Q(BC), riducendo il problema da una correlazione tripartita ad una correlazione tra due sistemi fisici. Viene inoltre proposta una legge empirica di correlazione basata sugli sfasamenti introdotti dagli apparati di misura, capace di riprodurre la separazione osservata tra configurazioni correlate e configurazioni prive di correlazione dominante. Infine viene discussa una possibile interpretazione fisica della struttura composta Q(BC), nella quale la correlazione finale emerge come conseguenza dell'interazione tra i fotoni B e C nella regione comune dell'apparato. In questa prospettiva la correlazione tripartita può essere interpretata come una proprietà transitiva costruita durante il processo sperimentale e non necessariamente come una proprietà fondamentale preesistente dell'intero sistema.
We present the experimental observation of polarization entanglement for three spatially separated photons. Such states of more than two entangled particles, known as Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) states, play a crucial role in fundamental tests of quantum mechanics versus local realism and in many quantum information and quantum computation schemes. Our experimental arrangement is such that we start with two pairs of entangled photons and register the photons in a way that any information as to which pair each photon belongs to is erased. After detecting a trigger photon, the registered events at the detectors for the remaining three photons exhibit the desired GHZ correlations.
ABSTRACT (English) This work proposes a mechanical interpretation of light polarization and Malus' law within the framework of the superfluid space model. The starting point is the observation that the conventional quantum description accurately reproduces the statistical results of polarization experiments but does not provide a physical representation of the internal structure of the photon. In the proposed approach, the photon is interpreted as a localized resonant vortical configuration of the superfluid medium, referred to as a photon-soliton. The polarization of light is associated with the dominant deformation plane of this structure rather than with an abstract quantum state. The photon is assumed to possess a three-dimensional internal organization composed of a principal deformation mode and secondary modes required for its stability and propagation. Consequently, polarization does not represent the complete physical description of the photon but only its dominant observable feature. The interaction between the photon-soliton and a polarizing crystal is interpreted as a process of mechanical compatibility between two physical structures. The crystal preferentially couples to those internal vortical motions whose geometry is compatible with its orientation. Within this framework, the angular dependence observed in polarization experiments emerges naturally from the projection of the internal vortical motions onto the plane defined by the crystal. The resulting statistical behavior reproduces the well-known Malus law while providing a possible mechanical interpretation of its origin. The proposed model does not modify the experimental predictions of optics but offers an alternative physical picture in which the photon is neither a point particle nor a plane electromagnetic wave, but a stable resonant solitonic structure propagating through a superfluid medium. In this perspective, polarization and Malus' law arise as macroscopic manifestations of the internal geometry and dynamics of the photon-soliton. ABSTRACT (Italiano) In questo lavoro viene proposta una interpretazione meccanica della polarizzazione della luce e della legge di Malus nell'ambito del modello dello spazio superfluido. Il punto di partenza è l'osservazione che la descrizione quantistica convenzionale riproduce con grande accuratezza i risultati statistici degli esperimenti di polarizzazione, ma non fornisce una rappresentazione fisica della struttura interna del fotone. Nel modello proposto il fotone viene interpretato come una configurazione vorticosa risonante e localizzata del mezzo superfluido, indicata come fotone-solitone. La polarizzazione della luce viene associata al piano dominante di deformazione della struttura e non a uno stato quantistico astratto. Il fotone viene descritto come una configurazione tridimensionale costituita da un modo principale e da modi secondari necessari alla sua stabilità e propagazione. In tale prospettiva, la polarizzazione non rappresenta la descrizione completa del fotone, ma soltanto la sua caratteristica osservabile dominante. L'interazione tra il fotone-solitone e il cristallo polarizzatore viene interpretata come un fenomeno di compatibilità meccanica tra due strutture fisiche reali. Il cristallo interagisce preferenzialmente con quelle componenti dei moti vorticosi interni che risultano geometricamente compatibili con la propria orientazione. In questo quadro, la dipendenza angolare osservata negli esperimenti di polarizzazione emerge naturalmente dalla proiezione dei moti vorticosi interni sul piano del polarizzatore. Il comportamento statistico risultante riproduce la legge di Malus e ne suggerisce una possibile interpretazione meccanica. Il modello proposto non modifica le previsioni sperimentali dell'ottica, ma offre una diversa rappresentazione fisica del fotone, che non viene considerato né una particella puntiforme né un'onda elettromagnetica piana, bensì una struttura solitonica risonante stabile che si propaga nel superfluido. In questa prospettiva, la polarizzazione e la legge di Malus emergono come manifestazioni macroscopiche della geometria e della dinamica interna del fotone-solitone.
We present a brief historical introduction to the topic of Bell's theorem. Next we present the surprising features of the three particle Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) states. Finally we shall present a method of analysis of the GHZ correlations, which is based on a numerical approach, which is effectively equivalent to the full set of Bell inequalities for correlation functions for the given problem. The aim of our numerical approach is to answer the following question. Do additional possible local settings lead for the GHZ states to more pronounced violation of local realism (measured by the resistance of the quantum nature of the correlations with respect ``white'' noise admixtures)?
ABSTRACTQuesto lavoro introduce un’estensione del modello di interazione fotone–elettrone (versione 3.0),proponendo una reinterpretazione fisica esplicita del ruolo della misura nei fenomeni diinterferenza.Il punto di partenza è il riconoscimento che la fenditura non rappresenta una regione di vuoto, mauna zona delimitata da materia, in cui gli elettroni esterni del materiale definiscono un campoelettromagnetico reale e distribuito nello spazio. È proprio questa configurazione elettronicasuperficiale — dinamica e non uniforme — a costituire il sistema con cui il campo del fotoneinteragisce.Nel modello proposto, il fotone non è trattato come una particella puntiforme, ma come unastruttura di campo che attraversa nel tempo una regione caratterizzata da un campo elettronicoorganizzato. Il pattern di interferenza emerge quindi dall’interazione continua tra il campo fotonicoe la distribuzione degli elettroni esterni delle fenditure, che perturbano, ritardano e riconfiguranolocalmente il campo incidente.Per descrivere in modo operativo questa dinamica, viene introdotto un operatore efficace delsistema materiale (scatola grigia), che riassume in forma unificata i processi di scattering,assorbimento, riemissione e interazione elettronica. Questo operatore non è arbitrario, ma dipendedirettamente dalla configurazione elettronica del materiale, e determina la trasformazione del campoincidente in uscita e quindi la formazione del pattern osservato.All’interno di questa struttura, la misura viene reinterpretata come un’interazione elettromagneticareale che agisce sulla regione della fenditura prima del passaggio del fotone. Il campo introdottodallo strumento modifica la distribuzione degli elettroni esterni, alterando il campo elettronicolocale. Di conseguenza, il fotone attraversa un sistema già riconfigurato, e il pattern risultanteriflette questa nuova condizione fisica. La perdita di interferenza non è quindi un effetto postulato,ma la conseguenza diretta della modifica del sistema elettronico.Questo porta a un cambio di prospettiva: la misura non rappresenta più un problema interpretativo,ma diventa una risorsa fisica. Il pattern osservato contiene informazione sulla risposta del sistema e,attraverso un processo di reverse engineering, è possibile risalire alla configurazione del campoelettronico efficace e quindi alle proprietà del materiale.Il lavoro definisce inoltre una struttura algoritmica preliminare, base del modello 4.0, in cui ilprocesso viene descritto come una pipeline dinamica che coinvolge campo incidente, operatoremateriale e risposta osservabile. I risultati preliminari indicano coerenza con i fenomeni noti esuggeriscono la possibilità di utilizzare l’interferenza come strumento di analisi della strutturaelettronica dei materiali.Questa estensione non sostituisce i modelli esistenti, ma propone una descrizione esplicita delmeccanismo fisico locale, collegando interferenza, misura e proprietà dei materiali all’interno diun’unica struttura coerente.
We report the first experimental violation of local realism by four-photon Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) entanglement. In the experiment, the nonstatistical GHZ conflicts between quantum mechanics and local realism are confirmed, within the experimental accuracy, by four specific measurements of polarization correlations between four photons. In addition, our experimental results also demonstrate a strong violation of Mermin-Ardehali-Belinskii-Klyshko inequality by 76 standard deviations. Such a violation can only be attributed to genuine four-photon entanglement.
Abstract – EnglishThe photoelectric effect represents one of the fundamental phenomena that historically led to theintroduction of the quantum hypothesis. In the standard interpretation, the discrete nature ofelectromagnetic radiation is described through the concept of photons, whose energy is assumedto be proportional to the frequency of the radiation.In this work the photoelectric effect is reconsidered within the framework of a mechanical model inwhich space is interpreted as a superfluid physical medium. In this approach electromagneticradiation is not emitted as a continuous wave but through the formation and propagation oflocalized solitonic structures of the medium. The quantization of energy is therefore not postulatedbut emerges from the dynamics of accumulation, instability and release of elastic energy in thesuperfluid space.Within this framework, the interaction between radiation and matter is interpreted as theinteraction between electromagnetic solitons and the electronic states of the material. Thecharacteristic features of the photoelectric effect — including the existence of a thresholdfrequency and the dependence of electron kinetic energy on radiation frequency — arise naturallyfrom this dynamical process.This interpretation provides a mechanical description of the discrete nature of electromagneticradiation and offers an alternative physical perspective on the origin of energy quantization. Abstract – ItalianoL’effetto fotoelettrico rappresenta uno dei fenomeni fondamentali che storicamente hannocondotto all’introduzione dell’ipotesi quantistica. Nell’interpretazione standard la natura discretadella radiazione elettromagnetica viene descritta attraverso il concetto di fotone, la cui energia èassunta proporzionale alla frequenza della radiazione.Nel presente lavoro l’effetto fotoelettrico viene reinterpretato nel quadro di un modello meccanicoin cui lo spazio è considerato come un mezzo fisico superfluido. In questa prospettiva la radiazioneelettromagnetica non viene emessa come un’onda continua, ma attraverso la formazione e lapropagazione di strutture localizzate del mezzo, interpretabili come solitoni elettromagnetici. Laquantizzazione dell’energia non è quindi postulata, ma emerge come conseguenza della dinamicadi accumulo, instabilità e rilascio dell’energia elastica nello spazio superfluido.L’interazione tra radiazione e materia viene interpretata come l’interazione tra tali solitonielettromagnetici e gli stati elettronici del materiale. Le principali proprietà sperimentali dell’effettofotoelettrico — tra cui l’esistenza di una frequenza di soglia e la dipendenza dell’energia cineticadegli elettroni dalla frequenza della radiazione — emergono naturalmente da questo processodinamico.Questa interpretazione fornisce quindi una descrizione meccanica della natura discreta dellaradiazione elettromagnetica e propone una diversa prospettiva fisica sull’origine dellaquantizzazione dell’energia.