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    jhepgc
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   <journal-title-group>
    <journal-title>
     Journal of High Energy Physics, Gravitation and Cosmology
    </journal-title>
   </journal-title-group>
   <issn pub-type="epub">
    2380-4327
   </issn>
   <issn publication-format="print">
    2380-4335
   </issn>
   <publisher>
    <publisher-name>
     Scientific Research Publishing
    </publisher-name>
   </publisher>
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  <article-meta>
   <article-id pub-id-type="doi">
    10.4236/jhepgc.2024.104090
   </article-id>
   <article-id pub-id-type="publisher-id">
    jhepgc-136497
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   <article-categories>
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     <subject>
      Articles
     </subject>
    </subj-group>
    <subj-group subj-group-type="Discipline-v2">
     <subject>
      Physics 
     </subject>
     <subject>
       Mathematics
     </subject>
    </subj-group>
   </article-categories>
   <title-group>
    Fermions: Spin, Hidden Variables, Violation of Bell’s Inequality and Quantum Entanglement
   </title-group>
   <contrib-group>
    <contrib contrib-type="author" xlink:type="simple">
     <name name-style="western">
      <surname>
       Doron
      </surname>
      <given-names>
       Kwiat
      </given-names>
     </name>
    </contrib>
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    <addr-line>
     aIndependent Researcher, Mazkeret Batyia, Israel
    </addr-line> 
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   <pub-date pub-type="epub">
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     28
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     08
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     2024
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   </pub-date> 
   <volume>
    10
   </volume> 
   <issue>
    04
   </issue>
   <fpage>
    1613
   </fpage>
   <lpage>
    1627
   </lpage>
   <history>
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      8,
     </day>
     <month>
      July
     </month>
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      2024
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    <date date-type="published">
     <day>
      7,
     </day>
     <month>
      July
     </month>
     <year>
      2024
     </year> 
    </date> 
    <date date-type="accepted">
     <day>
      7,
     </day>
     <month>
      October
     </month>
     <year>
      2024
     </year> 
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    <copyright-statement>
     © Copyright 2014 by authors and Scientific Research Publishing Inc. 
    </copyright-statement>
    <copyright-year>
     2014
    </copyright-year>
    <license>
     <license-p>
      This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
     </license-p>
    </license>
   </permissions>
   <abstract>
    Using real fields instead of complex ones, it was recently claimed, that all fermions are made of pairs of coupled fields (strings) with an internal tension related to mutual attraction forces, related to Planck’s constant. Quantum mechanics is described with real fields and real operators. Schrodinger and Dirac equations then are solved. The solution to Dirac equation gives four, real, 2-vectors solutions 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
        ψ
       </mi> 
       <mn>
        1
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
       =
      </mo>
      <mrow>
       <mo>
        (
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
              U
             </mi> 
             <mn>
              1
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
              D
             </mi> 
             <mn>
              1
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable>
       </mrow> 
       <mo>
        )
       </mo>
      </mrow>
     </mrow> 
    </math> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
        ψ
       </mi> 
       <mn>
        2
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
       =
      </mo>
      <mrow>
       <mo>
        (
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
              U
             </mi> 
             <mn>
              2
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
              D
             </mi> 
             <mn>
              2
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable>
       </mrow> 
       <mo>
        )
       </mo>
      </mrow>
     </mrow> 
    </math> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
        ψ
       </mi> 
       <mn>
        3
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
       =
      </mo>
      <mrow>
       <mo>
        (
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
              U
             </mi> 
             <mn>
              3
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
              D
             </mi> 
             <mn>
              3
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable>
       </mrow> 
       <mo>
        )
       </mo>
      </mrow>
     </mrow> 
    </math> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
        ψ
       </mi> 
       <mn>
        4
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
       =
      </mo>
      <mrow>
       <mo>
        (
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
              U
             </mi> 
             <mn>
              4
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
              D
             </mi> 
             <mn>
              4
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable>
       </mrow> 
       <mo>
        )
       </mo>
      </mrow>
     </mrow> 
    </math> where (
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
        ψ
       </mi> 
       <mn>
        1
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
       ,
      </mo>
      <msub> 
       <mi>
        ψ
       </mi> 
       <mn>
        4
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> ) are coupled via linear combinations to yield spin-up and spin-down fermions. Likewise, (
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
        ψ
       </mi> 
       <mn>
        2
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
       ,
      </mo>
      <msub> 
       <mi>
        ψ
       </mi> 
       <mn>
        3
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> ) are coupled via linear combinations to represent spin-up and spin-down anti-fermions. For an incoming entangled pair of fermions, the combined solution is 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
        Ψ
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
         i
        </mi>
        <mi>
         n
        </mi>
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
       =
      </mo>
      <msub> 
       <mi>
        c
       </mi> 
       <mn>
        1
       </mn> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
        ψ
       </mi> 
       <mn>
        1
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
       +
      </mo>
      <msub> 
       <mi>
        c
       </mi> 
       <mn>
        4
       </mn> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
        ψ
       </mi> 
       <mn>
        4
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> where 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
        c
       </mi> 
       <mn>
        1
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
        c
       </mi> 
       <mn>
        4
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> are some hidden variables. By applying a magnetic field in +Z and +x the theoretical results of a triple Stern-Gerlach experiment are predicted correctly. Then, by repeating Bell’s and Mermin Gedanken experiment with three magnetic filters 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
        σ
       </mi> 
       <mi>
        θ
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> , at three different inclination angles 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
      θ
     </mi> 
    </math> , the violation of Bell’s inequality is proven. It is shown that all fermions are in a mixed state of spins and the ratio between spin-up to spin-down depends on the hidden variables.
   </abstract>
   <kwd-group> 
    <kwd>
     Fermions
    </kwd> 
    <kwd>
      Spin
    </kwd> 
    <kwd>
      Hidden Variables
    </kwd> 
    <kwd>
      Bell’s Inequality Violation
    </kwd> 
    <kwd>
      Spin Entanglement
    </kwd>
   </kwd-group>
  </article-meta>
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 <body>
  <sec id="s1">
   <title>1. Introduction</title>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136497-"></xref>One of the most intriguing phenomena in Quantum mechanics is Quantum entanglement. It originates in the debate about the EPR paradox <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136497-1">
     [1]
    </xref> starting in 1935, when Einstein have refused to accept the concept of “spooky action”. Einstein claimed that there must be some hidden variables to explain the results. However, this explanation was disproved in 1964 by Bell <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136497-2">
     [2]
    </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136497-3">
     [3]
    </xref>, and later by others <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136497-4">
     [4]
    </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.136497-8">
     [8]
    </xref>. It is quantum entanglement phenomena that is used to strongly declare that quantum mechanics must use complex fields, since otherwise one cannot explain entanglement.</p>
   <p>Based on the formulation of Quantum mechanics in terms of real fields <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136497-9">
     [9]
    </xref>, it is possible to explain the Bell’s inequality violation in terms of hidden variables. In fact, other fundamental quantum phenomena such as interference are explained as well. Moreover, a new interpretation of fermions internal structure emerges and provides an explanation to Planck’s constant.</p>
   <p>The result of this new approach does not change from those of the standard complex description of quantum mechanics. But it helps to better understand the internal structure of fermions and their spin characteristics.</p>
  </sec><sec id="s2">
   <title>2. Real Formulation of Schrödinger and Dirac Equations</title>
   <p>As described already <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136497-9">
     [9]
    </xref>, for a time-independent classical Hamiltonian of a free particle, with mass m, the Schrödinger Equation:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        i 
      </mi> 
      <mi>
        ℏ 
      </mi> 
      <mfrac> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        ℋ 
      </mi> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (1)</p>
   <p>can be solved by separating it into real and imaginary components</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        Ψ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        i 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> (2)</p>
   <p>the Schrödinger equation becomes:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        ℏ 
      </mi> 
      <mfrac> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <msub> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         ℋ 
       </mi> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         ℋ 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> (3)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        ℏ 
      </mi> 
      <mfrac> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <msub> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         ℋ 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         ℋ 
       </mi> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> (4)</p>
   <p>In other words, the traditional Schrödinger Equation describes two coupled real fields, with real operators acting in real 3-dimensional space. Needless to say, any Hermitian operator can be split into a sum of two real operators.</p>
   <p>It will be an assumption herewith, that the quantum description and characteristics of a single fermion are the result of a coupling interaction between two real components (entities) which composes the single fermion.</p>
   <p>In the following, we show that the solution to Dirac’s equation 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          ℏ 
        </mi> 
        <msup> 
         <mi>
           γ 
         </mi> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
        </msup> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        Ψ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> with real fields are four 2-vector fields 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               U 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               D 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               U 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               D 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               U 
             </mi> 
             <mn>
               3 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               D 
             </mi> 
             <mn>
               3 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               U 
             </mi> 
             <mn>
               4 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               D 
             </mi> 
             <mn>
               4 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> that represent fermion and anti-fermion with spin-up 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> and spin-down 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> mixtures. Using the Pauli 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> operatiors, we show how the spin states are created by linear combinations of 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> in case of the fermions (and similarly by 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> in the anti-fermion). Moreover, the Stern-Gerlach 3-steps experiment is exactly according to this real formalism and the results are made obvious. Further, because of some hidden variables and the coupled solution, Bell’s inequality violation is proven to hold due to equal mixture of 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> states in the incoming entangled particles.</p>
  </sec><sec id="s3">
   <title>3. Dirac Equation with Real Wave Functions</title>
   <p>The relativistic Dirac Equation, describing a free Fermion of mass m is given by:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          ℏ 
        </mi> 
        <msup> 
         <mi>
           γ 
         </mi> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
        </msup> 
        <msub> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        Ψ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (5)</p>
   <p>One may separate the Dirac operator 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        i 
      </mi> 
      <mi>
        ℏ 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         γ 
       </mi> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
      </msup> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> and the complex wave function Ψ into their <u>real and imaginary parts</u> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136497-9">
     [9]
    </xref>.</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Ψ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mtable> 
             <mtr> 
              <mtd> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   ψ 
                 </mi> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </mtd> 
             </mtr> 
             <mtr> 
              <mtd> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   ψ 
                 </mi> 
                 <mn>
                   2 
                 </mn> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </mtd> 
             </mtr> 
            </mtable> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mtable> 
             <mtr> 
              <mtd> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   ψ 
                 </mi> 
                 <mn>
                   3 
                 </mn> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </mtd> 
             </mtr> 
             <mtr> 
              <mtd> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   ψ 
                 </mi> 
                 <mn>
                   4 
                 </mn> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </mtd> 
             </mtr> 
            </mtable> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>With 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               U 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               D 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               U 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               D 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               U 
             </mi> 
             <mn>
               3 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               D 
             </mi> 
             <mn>
               3 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               U 
             </mi> 
             <mn>
               4 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               D 
             </mi> 
             <mn>
               4 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> all real components.</p>
   <p>As will be shown, these 4 components represent two fermions and two anti-fermions. Each pair is the source for two opposing spin states.</p>
   <p>After some work and <u>boosting</u> to a system moving with the particle along the +x axis ( 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mo>
        → 
      </mo> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>)</p>
   <p>the Dirac equations take the form:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <msup> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mi>
         ℏ 
       </mi> 
      </mfrac> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> (6)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <msup> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mi>
         ℏ 
       </mi> 
      </mfrac> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> (7)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <msup> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mi>
         ℏ 
       </mi> 
      </mfrac> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> (8)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <msup> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mi>
         ℏ 
       </mi> 
      </mfrac> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> (9)</p>
   <p>This shows, that, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is coupled with 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is coupled with 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. As will be shown later, linear combinations of these represent spin-up and spin-down fermion and anti-fermion.</p>
  </sec><sec id="s4">
   <title>4. Eight Real Components</title>
   <p>Each 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is a 2-vector with real components. Thus, the Dirac Equation is actually 8 equations of real components with coupled pairs 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Applying a time derivative to the first equation of each pair and using the second component of each pair, leads to:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mi>
                m 
              </mi> 
              <msup> 
               <mi>
                 c 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mi>
               ℏ 
             </mi> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         U 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         U 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <msup> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mi>
         ℏ 
       </mi> 
      </mfrac> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         U 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> (10)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mi>
                m 
              </mi> 
              <msup> 
               <mi>
                 c 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mi>
               ℏ 
             </mi> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <msup> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mi>
         ℏ 
       </mi> 
      </mfrac> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> (11)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
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    </math> (12)</p>
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    </math> (13)</p>
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    </math> (14)</p>
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    </math> (15)</p>
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         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         U 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         U 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <msup> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mi>
         ℏ 
       </mi> 
      </mfrac> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         U 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> (16)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mi>
                m 
              </mi> 
              <msup> 
               <mi>
                 c 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mi>
               ℏ 
             </mi> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <msup> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mi>
         ℏ 
       </mi> 
      </mfrac> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> (17)</p>
   <p>These 8 real components equations demonstrate the existence of coupled pairs: ( 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         U 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        ⇔ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         U 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>), ( 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        ⇔ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>), ( 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         U 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        ⇔ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         U 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>) and ( 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        ⇔ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>).</p>
   <p>These equations show, that every fermion is composed of 4 real fields which are coupled in a yet to be explored manner.</p>
  </sec><sec id="s5">
   <title>5. Solution</title>
   <p>The solutions are described in the following:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               U 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               D 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mtable> 
             <mtr> 
              <mtd> 
               <mrow> 
                <mi>
                  cos 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   ( 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <mi>
                    p 
                  </mi> 
                  <mi>
                    x 
                  </mi> 
                  <mo>
                    − 
                  </mo> 
                  <mrow> 
                   <mo>
                     ( 
                   </mo> 
                   <mrow> 
                    <msub> 
                     <mi>
                       ω 
                     </mi> 
                     <mn>
                       0 
                     </mn> 
                    </msub> 
                    <mo>
                      + 
                    </mo> 
                    <mi>
                      c 
                    </mi> 
                    <mi>
                      p 
                    </mi> 
                   </mrow> 
                   <mo>
                     ) 
                   </mo> 
                  </mrow> 
                  <mi>
                    t 
                  </mi> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   ) 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
              </mtd> 
             </mtr> 
             <mtr> 
              <mtd> 
               <mrow> 
                <mi>
                  sin 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   ( 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <mi>
                    p 
                  </mi> 
                  <mi>
                    x 
                  </mi> 
                  <mo>
                    − 
                  </mo> 
                  <mrow> 
                   <mo>
                     ( 
                   </mo> 
                   <mrow> 
                    <msub> 
                     <mi>
                       ω 
                     </mi> 
                     <mn>
                       0 
                     </mn> 
                    </msub> 
                    <mo>
                      − 
                    </mo> 
                    <mi>
                      c 
                    </mi> 
                    <mi>
                      p 
                    </mi> 
                   </mrow> 
                   <mo>
                     ) 
                   </mo> 
                  </mrow> 
                  <mi>
                    t 
                  </mi> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   ) 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
              </mtd> 
             </mtr> 
            </mtable> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
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         ( 
       </mo> 
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            <msub> 
             <mi>
               U 
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             <mn>
               4 
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           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               D 
             </mi> 
             <mn>
               4 
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           </mrow> 
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         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
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                 </mo> 
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                    p 
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                    x 
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                    + 
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                      + 
                    </mo> 
                    <mi>
                      c 
                    </mi> 
                    <mi>
                      p 
                    </mi> 
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                   <mo>
                     ) 
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                    t 
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                   ) 
                 </mo> 
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                    p 
                  </mi> 
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                    x 
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                    + 
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                     ( 
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                      − 
                    </mo> 
                    <mi>
                      c 
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                    <mi>
                      p 
                    </mi> 
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                   <mo>
                     ) 
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                    t 
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                   ) 
                 </mo> 
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            </mtable> 
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        = 
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         ( 
       </mo> 
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         ) 
       </mo> 
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        = 
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         ( 
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                    p 
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                    x 
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                    − 
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                      + 
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                    <mi>
                      c 
                    </mi> 
                    <mi>
                      p 
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                     ) 
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                    t 
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                   ) 
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                    x 
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                    − 
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                     ( 
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                      − 
                    </mo> 
                    <mi>
                      c 
                    </mi> 
                    <mi>
                      p 
                    </mi> 
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                     ) 
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                    t 
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                 <mo>
                   ) 
                 </mo> 
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         ( 
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       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mtable> 
             <mtr> 
              <mtd> 
               <mrow> 
                <mi>
                  sin 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   ( 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <mi>
                    p 
                  </mi> 
                  <mi>
                    x 
                  </mi> 
                  <mo>
                    + 
                  </mo> 
                  <mrow> 
                   <mo>
                     ( 
                   </mo> 
                   <mrow> 
                    <msub> 
                     <mi>
                       ω 
                     </mi> 
                     <mn>
                       0 
                     </mn> 
                    </msub> 
                    <mo>
                      − 
                    </mo> 
                    <mi>
                      c 
                    </mi> 
                    <mi>
                      p 
                    </mi> 
                   </mrow> 
                   <mo>
                     ) 
                   </mo> 
                  </mrow> 
                  <mi>
                    t 
                  </mi> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   ) 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
              </mtd> 
             </mtr> 
             <mtr> 
              <mtd> 
               <mrow> 
                <mi>
                  cos 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   ( 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <mi>
                    p 
                  </mi> 
                  <mi>
                    x 
                  </mi> 
                  <mo>
                    + 
                  </mo> 
                  <mrow> 
                   <mo>
                     ( 
                   </mo> 
                   <mrow> 
                    <msub> 
                     <mi>
                       ω 
                     </mi> 
                     <mn>
                       0 
                     </mn> 
                    </msub> 
                    <mo>
                      + 
                    </mo> 
                    <mi>
                      c 
                    </mi> 
                    <mi>
                      p 
                    </mi> 
                   </mrow> 
                   <mo>
                     ) 
                   </mo> 
                  </mrow> 
                  <mi>
                    t 
                  </mi> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   ) 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
              </mtd> 
             </mtr> 
            </mtable> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>Here 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        p 
      </mi> 
      <mo>
        ≡ 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mi>
         ℏ 
       </mi> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>, where 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is the x component of the momentum. When boosted to a rest system (where 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>) we obtain for all components</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msubsup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mi>
                m 
              </mi> 
              <msup> 
               <mi>
                 c 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mi>
               ℏ 
             </mi> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (18)</p>
   <p>There are two particle states involved. One, denoted by (+) precessing around the X axis in a positive right direction, and the other, denoted by (−), precessing around the X axis in the opposite (left) direction:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> a right-rotation and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> a left rotation, with 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>At a boosted system, where p = 0: 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>As will be shown next, a fermion is actually a mixture of both 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. We denote this as ( 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>).</p>
   <p>Likewise, an anti-fermion is a mixture of both 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, denoted as ( 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>), where 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
  </sec><sec id="s6">
   <title>6. Spin up and Spin down</title>
   <p>We will use now the above results for a boosted system, namely, one that moves with the massive particle.</p>
   <p>Define 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>, and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> 2-vectors as follows:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (19)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (20)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (21)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (22)</p>
   <p>To find their spin, we apply 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> upon each of the states, to find ( 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>):,</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> (23)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> (24)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
      <msup> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> (25)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
      <msup> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> (26)</p>
   <p>These represent two eigenfunctions of spin-up and spin-down for the fermion and two eigenfunctions of spin up and spin down for the anti-fermion v solution.</p>
   <p>So far we have shown the following:</p>
   <p>Every fermion is composed of 2 generic real fields 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> while every anti-fermion is similarly composed of 2 generic real fields 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>Each 2-component fields ( 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>) and ( 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>)) are coupled via the operator 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> in such a manner, that two spin-states are created:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> representing a spin-up fermion</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> representing a spin-down fermion</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> representing a spin-up anti-fermion</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> representing a spin-down anti-fermion</p>
   <p>Equivalently,</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            U 
          </mi> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            U 
          </mi> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>The interaction energy between the fermion and the magnetic field 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mover accent="true"> 
      <mi>
        B 
      </mi> 
      <mo>
        → 
      </mo> 
     </mover> 
    </math> is given by 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Δ 
      </mi> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mover accent="true"> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
      </mover> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <mover accent="true"> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
      </mover> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <mi>
        ℏ 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> where 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is the gyromagnetic factor of the fermion.</p>
   <p>Under a magnetic field 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          B 
        </mi> 
        <mo>
          → 
        </mo> 
       </mover> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mover accent="true"> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ^ 
       </mo> 
      </mover> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> the change in energies of the above states is given by</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Δ 
      </mi> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <mi>
        ℏ 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> (27)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Δ 
      </mi> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <mi>
        ℏ 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> (28)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Δ 
      </mi> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <mi>
        ℏ 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> (29)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Δ 
      </mi> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <mi>
        ℏ 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> (30)</p>
   <p>This demonstrates, that in the presence of a magnetic field, there exist two spin states (up and down) for u and two spin states (up and down) for v. It is the energy difference between the two spin states that appears in the form of deflection in their paths and the split in the beam of incoming particles in proportion with the square of their incoming speed, the strength of the applied magnetic field and the constants 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ℏ 
     </mi> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>The energy difference between two states is given by</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          ˜ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mi>
        Δ 
      </mi> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msup> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          ˜ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mi>
        Δ 
      </mi> 
      <mi>
        H 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <mi>
        ℏ 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          cos 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <mi>
        ℏ 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          sin 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        ℏ 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> (31)</p>
   <p>The energy difference between the two states is independent of time and of location along the x-axis.</p>
   <p>The two states are time-dependent and position-dependent, yet their spin does not change with time and in space:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   ω 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msub> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mi>
                  p 
                </mi> 
                <mi>
                  c 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (32)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   ω 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msub> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mi>
                  p 
                </mi> 
                <mi>
                  c 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (33)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   ω 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msub> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mi>
                  p 
                </mi> 
                <mi>
                  c 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (34)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   ω 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msub> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mi>
                  p 
                </mi> 
                <mi>
                  c 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (35)</p>
   <p>One can see again that</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            U 
          </mi> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>Also,</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            U 
          </mi> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          ` 
        </mo> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            U 
          </mi> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>These relations lead to:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136497-"></xref>We notice, that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> behaves like a spin-down state, while 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> behaves like a spin-up state. Indeed, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <msup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            U 
          </mi> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <msup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            U 
          </mi> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <msup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <msup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. (Notice though that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> may differ by a phase change between sin and cos, and so do 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>). Thus, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <msup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <msup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
  </sec><sec id="s7">
   <title>7. A Gedanken Stern-Gerlach Experiment</title>
   <p>In view of the above relations, we evaluate now the Stern-Gerlach triple slit results.</p>
   <p>In a Stern-Gerlach experiment (<xref ref-type="fig" rid="fig1">
     Figure 1
    </xref>), a beam of fermions enters the system. Any entering beam of fermions 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is considered to be aa mixture of spin-up and spin down, determined by two hidden variables (constants) 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        ≥ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        ≥ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> and with the probabilistic demand 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>).</p>
   <fig id="fig1" position="float">
    <label>Figure 1</label>
    <caption>
     <title>Figure 1. A Stern-Gerlach (S-G) experiment with deflection in the X direction. Spin-up splits into spin-up and spin-down in the X direction. The spin-up in the X direction then splits again into spin-up and spin-down in the Z direction. This shows that a spin-up electron will always split by an external magnetic field into two beams according to the magnetic field direction. So, the applied magnetic field treats a spin-up as if it is made of entangled spin-up and spin-down particles 

      <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
        <msup> 
   
         <mi>
          
    u
   
         </mi> 
   
         <mrow> 
    
          <mi>
           
     U
    
          </mi>
    
          <mi>
           
     P
    
          </mi>
   
         </mrow> 
  
        </msup> 
 
       </mrow>

      </math> and 

      <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
        <msup> 
   
         <mi>
          
    u
   
         </mi> 
   
         <mrow> 
    
          <mi>
           
     D
    
          </mi>
    
          <mi>
           
     N
    
          </mi>
   
         </mrow> 
  
        </msup> 
 
       </mrow>

      </math>.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/2181153-rId316.jpeg?20241015085729" />
   </fig>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>The source emits fermions, that is a mixture of spin-up and spin-down particles. One cannot know the state of each of the incoming beam of particles. They are in a mixed state: a mixture of up and down spins. Only a measurement by application of an external interacting magnetic fields will be able to differentiate between the states.</p>
   <p>The output of the third apparatus which measures the deflection on the z axis again shows an output of z− as well as z+. Given that the input to the second S-G apparatus consisted only of z+, it can be inferred that a S-G apparatus must be altering the states of the particles that pass through it.</p>
   <p>If we write</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              sin 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mrow> 
            <mi>
              cos 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            U 
          </mi> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>One can then describe the entering fermion 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> as a mixture of both 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>Applying a magnetic field in the +z gives:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>In case we block the down spins beam, and then apply the 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> field we obtain</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mi>
          l 
        </mi> 
        <mi>
          o 
        </mi> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>And since 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> behaves like a spin-down state, we replace 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> by 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <msup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> to obtain</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
        <mi>
          l 
        </mi> 
        <mi>
          o 
        </mi> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <msup> 
       <msup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>which is, surprisingly, again a mixture of spin-up and spin-down particles.</p>
   <p>Thus, even though we blocked the spin-down particles, the new interaction with 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, <u>recreates a mixed beam</u> of spin-up and spin-down particles.</p>
   <p>If the incoming beam is made of fermions with spin-up only (no spin-down fermions, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          o 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
        <mi>
          s 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          o 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
        <mi>
          s 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>And after blocking the down beam and applying the 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> field we obtain</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          o 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
        <mi>
          s 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>This time there is no mixture of states, just an inversion from up to down.</p>
   <p>This suggests a method to test whether an incoming beam is pure or a mixture of states.</p>
   <p>As seen above, the concept of a fermion of given spin is wrong. A fermion is neither a 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> nor a 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> particle. Rather, it is a coupled pair 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> that makes a spin-up and spin-down mixture.</p>
   <p>The solutions to Dirac equation for a free fermion provide 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> or 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> as free fermions ( 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> or 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> as free anti-fermions).</p>
   <p>In fact</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            U 
          </mi> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>with</p>
   <p>Similarly for anti-fermions:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            U 
          </mi> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>with</p>
  </sec><sec id="s8">
   <title>8. Quantum Entanglement</title>
   <p>Quantum entanglement <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136497-10">
     [10]
    </xref> is a phenomenon where a group of particles being generated, interacting, or sharing spatial proximity in such a way that the quantum state of each particle of the group cannot be described independently of the state of the others, including when the particles are separated by a large distance. There are therefore two beams to consider A and B (Alice and Bob) which emerge from a single source simultaneously.</p>
   <p>In the following, we will show, that entanglement is a result of the internal structure of the fermions and two unknown <u>hidden variables</u>.</p>
   <p>Fermions, according to this description are made of two stringlike particles, strongly connected to each other in a non-linear form.</p>
   <p>It will be shown, that all fermions may be viewed as made of two coupled fields.</p>
   <p>The Dirac equation has 4 real solutions. Two fermions and two anti-fermions. Each of them is made of two real fields. The fields are coupled together in a non-linear form creating two possible states, one with spin-up and one with spin-down.</p>
  </sec><sec id="s9">
   <title>9. Incoming Beam</title>
   <p>What is the ratio between up and down spins in the incoming beam?</p>
   <p>The incoming beam (A or B) is written as</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             4 
           </mn> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            U 
          </mi> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             4 
           </mn> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             4 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            U 
          </mi> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             4 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>The square of its components represents the average number of particles. Obviously then the ratio is given by (recall that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>):</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            U 
          </mi> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <msub> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <msqrt> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msubsup> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msqrt> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <msub> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <msqrt> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msubsup> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msqrt> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math> which is 1 for 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> only.</p>
   <p>Therefore, for either 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Or 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> the beams of the entangled particles have equal amounts (50%) of spin-up and (50%) of spin-down particlesThe two hidden parameters 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, force the correlation between spin-up and spin down in the two entangled beams. So, if at A the spin measured is up, then the other beam must have a similar particle but down. Otherwise, the numbers will not be equal.</p>
   <p>At these two cases, the incoming beams will be either 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, or, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>However, if 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. This means 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>If 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. Namely, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Therefore,</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        ∓ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>Under these special circumstances, where either 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> or 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> behaves like either spin-up, or, spin-down.</p>
   <p>In other words, when the beams of the entangled particles is made of equal amounts (50%) of spin-up and (50%) of spin-down particles, the combined entangled beam behaves like either a spin-up or a spin down particle. Obviously, if one is measured to be a spin-up, the other must be a spin-down. As a matter of fact, the actual process of creation of entangled pairs assures this equal distribution of spins.</p>
  </sec><sec id="s10">
   <title>10. Violation of Bell’s Inequality</title>
   <p>Local hidden variable theories fail, when measurements of the spin of entangled particles along different axes are considered. If a large number of pairs of such measurements are made (on a large number of pairs of entangled particles), then statistically, if the local realist or hidden variables view were correct, the results would always satisfy Bell’s inequality <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136497-2">
     [2]
    </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136497-3">
     [3]
    </xref>. A number of experiments have shown in practice that Bell’s inequality is not satisfied. However, prior to 2015, all of these experiments had loophole problems that were considered the most important by the community of physicists. When measurements of the entangled particles are made in moving relativistic reference frames, in which each measurement (in its own relativistic time frame) occurs before the other, the measurement results remain correlated. More and more experimental results <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136497-8">
     [8]
    </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136497-9">
     [9]
    </xref> demonstrate the violation of Bell’s inequality.</p>
   <p>The fundamental issue about measuring spin along different axes is that these measurements cannot have definite values at the same time―they are incompatible in the sense that these measurements maximum simultaneous precision is constrained by the uncertainty principle. This is contrary to what is found in classical physics, where any number of properties can be measured simultaneously with arbitrary accuracy. It has been proven mathematically that compatible measurements cannot show Bell-inequality-violating correlations, and thus entanglement is a fundamentally non-classical phenomenon.</p>
   <p>In the following, we will test such a Gedanken experiment, where a large number of pairs of entangled particles are measured statistically. We will test whether the results satisfy Bell’s inequality. (e.g. Bell <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136497-2">
     [2]
    </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136497-3">
     [3]
    </xref> and Mirmin <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136497-6">
     [6]
    </xref>).</p>
   <p>Applying a magnetic field in an arbitrary angle 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       θ 
     </mi> 
    </math> with respect to the Z axis, we define the following 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> operator</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        cos 
      </mi> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        sin 
      </mi> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>One can use the 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> operator, repeatedly at different angles to obtain</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mi>
            cos 
          </mi> 
          <mi>
            θ 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             4 
           </mn> 
          </msub> 
          <mi>
            sin 
          </mi> 
          <mi>
            θ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mi>
            sin 
          </mi> 
          <mi>
            θ 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             4 
           </mn> 
          </msub> 
          <mi>
            cos 
          </mi> 
          <mi>
            θ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>The Bell Mermin suggestion is the repeated application of the filter at 0˚, 135˚ and 225˚ degrees with respect to the X-axi</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msqrt> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msqrt> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <msqrt> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msqrt> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
        <msqrt> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msqrt> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mn>
          180 
        </mn> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          45 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msqrt> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msqrt> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             4 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             4 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mn>
          180 
        </mn> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          45 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msqrt> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msqrt> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             4 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             4 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>This can be rewritten as:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        B 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        C 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>And the statistical combination over all incoming filtered beams will result in summing over the 27 possible combinations of A B and C. There are 27 possible combinations of triads such as AAA ABC etc. for the 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> part, and likewise 27 triads for the 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> part (such as aaa, aab etc.).</p>
   <p>Counting all the possible combinations and summing, results in</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mn>
        27 
      </mn> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mn>
        27 
      </mn> 
      <mi>
        B 
      </mi> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mn>
        27 
      </mn> 
      <mi>
        C 
      </mi> 
      <mtext> 
      </mtext> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mtext> 
      </mtext> 
      <mn>
        27 
      </mn> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          B 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        27 
      </mn> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msqrt> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msqrt> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <msqrt> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msqrt> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <msub> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <msub> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>So, in 1 out of 27<sup>2</sup> experiments, the average filtered beam 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         〈 
       </mo> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mo>
         〉 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> will be 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mrow> 
        <mn>
          27 
        </mn> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msqrt> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msqrt> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <msqrt> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msqrt> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             4 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msqrt> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msqrt> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>Since 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> this can be written as</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         〈 
       </mo> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mo>
         〉 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msqrt> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msqrt> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mn>
          54 
        </mn> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <msqrt> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msqrt> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             4 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msqrt> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msqrt> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136497-"></xref>Since we are interested in counting the average number of spin-up and spin down in the beam we substitute 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> with 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> using</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            U 
          </mi> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>And after rearranging terms</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         〈 
       </mo> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mo>
         〉 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msqrt> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msqrt> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mn>
          54 
        </mn> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msqrt> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msqrt> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              4 
            </mn> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msqrt> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msqrt> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             4 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msqrt> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msqrt> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msqrt> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msqrt> 
          <msub> 
           <mi>
             c 
           </mi> 
           <mn>
             4 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            U 
          </mi> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         } 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>The expected ratio between spin-up to spin-down is then</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            U 
          </mi> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msqrt> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msqrt> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msqrt> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msqrt> 
        <msub> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msqrt> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msqrt> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msqrt> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msqrt> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           c 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>For 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> between 0 to 1:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mn>
        55 
      </mn> 
      <mtext>
        % 
      </mtext> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            U 
          </mi> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mn>
        100 
      </mn> 
      <mtext>
        % 
      </mtext> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>Therefore, the number of spin-ups will never exceed the number of spin-downs, and it will occur at least 55% of the times. They will be equal only when 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, namely, the incoming beam is made of equal amounts of spin-ups and spin downs.</p>
   <p>If 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            U 
          </mi> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>If 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            U 
          </mi> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0.55 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
  </sec><sec id="s11">
   <title>11. A Comment about the Violation of Heisenberg’s Uncertainty</title>
   <p>What happens in the situation when Bob measures a given spin in the +Z say spin-up) and Alice measures in the +X?</p>
   <p>Alice will be notified by Bob of his spin up outcome in the +Z and will then know her result in the +Z (spin-down) together with measured spin in the +X direction. This supposedly creates a violation of the Heisenberg’s uncertainty rule.</p>
   <p>However, one must be careful with the defining restriction of Heisenberg inequality. It prohibits the simultaneous <u>measurement</u> of two conjugate pairs, such as spin in the z and x directions.</p>
   <p>It states that there is a limit to the precision to which conjugate pairs of physical properties, such as spin in two conjugate directions, can be simultaneously <u>measured</u>.</p>
   <p>Notice however, that information≠ measurement. Therefore, there is no violation of Heisenberg’s uncertainty principle and locality is not violated.</p>
  </sec><sec id="s12">
   <title>12. A 2-String Analog to the Schrödinger Equation</title>
   <p>To further emphasize the justification of the two strings description of fermions, we repeat here the already described theoretical explanation of two strings coupling <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136497-9">
     [9]
    </xref> of two real coupled fields.</p>
   <p>Let a single particle of mass m be described by two classical real strings, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Here, the functions, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> represent the amplitudes of the perturbation of the strings from the x-axis as a function of time and position.</p>
   <p>Assume coupling between these two strings, given by a constant 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mi>
         s 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, and described by the following coupled differential equations:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           φ 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mi>
         s 
       </mi> 
      </msub> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <msub> 
         <mi>
           φ 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math> (36)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           φ 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mi>
         s 
       </mi> 
      </msub> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <msub> 
         <mi>
           φ 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math> (37)</p>
   <p>It seems to have a peculiar behavior, where the spatial curvature in one field, affects the change in time of the second field and vice a versa.</p>
   <p>A physical interpretation to these two equations is the following interaction model. Consider two strings 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. Let 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> represent the amplitude of string 1 at time t and at position x. Let 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
       <mi>
         s 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> be some tension force acting in the string.</p>
   <p>Assuming next:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mi>
            s 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mi>
         ℏ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math> (38)</p>
   <p>The above coupled equations now read</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           φ 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mi>
         ℏ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <msub> 
         <mi>
           φ 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math> (39)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           φ 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mi>
         ℏ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <msub> 
         <mi>
           φ 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math> (40)</p>
   <p>which is the coupled real presentation of Schrödinger Equation.</p>
   <p>This gives a physical meaning to the Planck constant, namely, independent of a particle’s mass, the Planck constant 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ℏ 
     </mi> 
    </math> is derived from the internal features of the strings (real fields). It represents somehow the reaction of the internal tensions in the strings to perturbations. Up to a proportionality constant, one can write 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ℏ 
      </mi> 
      <mo>
        ≈ 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mi>
            s 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math> (In order for this equation to make sense, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mi>
          s 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> must be a time-dependent variable).</p>
   <p>This leads to the conclusion:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
       <mi>
         s 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        ℏ 
      </mi> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∫ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mi>
             s 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math> (41)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mi>
          s 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> has the dimensions of 1/sec, so we may assign it the meaning of the number of exchanges (interacting particles) per second, between the two strings.</p>
   <p>In other words, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
       <mi>
         s 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is the total number of exchanged particles and it is proportional to 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ℏ 
     </mi> 
    </math>. The minimal possible tension in a string will be 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ℏ 
     </mi> 
    </math> (a single exchange).</p>
   <p>So, the tension in the strings is proportional to the Planck constant 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ℏ 
     </mi> 
    </math>, and to the basic coupling between the two strings.</p>
   <p>Based on the following assumptions:</p>
   <p>1) A Classical Fermion is made up of two interacting string-like entities (hypergluons).</p>
   <p>2) Tension in the strings is proportional to the coupling strength between the two strings.</p>
   <p>3) The coupling force between the two strings is assumed to be the result of preons exchange between these massless bosons.</p>
   <p>4) The force is proportional to the duration of the exchange (the actual number of exchanged preons per second).</p>
   <p>One is lead to conclude, that Planck’s constant 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ℏ 
     </mi> 
    </math>, is the proportionality constant, between the total exchange between the two strings, and the tension in these strings.</p>
   <p>This interpretation of a particle as made up of two real coupled strings, which tensions and interaction are connected, is equivalent to a single particle complex wave function, described by Schrödinger Equation.</p>
   <p>When the original Schrödinger Equation is used with complex wave function, this internal string-like characteristic is not showing because we treat the real and imaginary parts as a single entity. However, when the Equation is separated into two parts, these two parts can be treated as independent strings interacting with each other where both tension and interaction fall off abruptly inversely proportional to time. This may be a result of weakening due to increased distance between the two strings, together with tension drop inside the strings.</p>
  </sec><sec id="s13">
   <title>13. Conclusions</title>
   <p>By making all quantum mechanics formulation real, we show that both Schrödinger and Dirac equations can be considered as representing real coupled entities. These entities represent two interacting strings (non-relativistic Schrödinger equation) or as 4 interacting double strings (relativistic Dirac Equation).</p>
   <p>The above analysis shows, that there are hidden variables involved in the internal structure of any fermion. Any fermion will have its mass being the result of the internal interaction force between its components and the Planck constant.</p>
   <p>These hidden variables play an important role in quantum entanglement.</p>
   <p>The picture successfully describes interference. It suggests an interaction mechanism between the two strings which relates to Planck’s constant. Moreover, it describes the spins of fermions as a result of two hidden parameters which dictates the outcome of Stern-Gerlach experiments. It also explains the violation of Bell’s inequality in all quantum entanglement experiments.</p>
  </sec>
 </body><back>
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