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QCDにおけるトップクォークによる量子情報

ヨアフ・アフィク1 & フアン・ラモン・ムニョス・デ・ノヴァ2

1実験物理学部門、CERN、1211 ジュネーブ、スイス
2Departamento de Física de Materiales、Universidad Complutense de Madrid、E-28040 マドリッド、スペイン

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抽象

トップクォークは、スピン相関を測定できるため、独自の高エネルギーシステムを表しており、高エネルギーコライダーでキュービットを使用して量子力学の基本的な側面を研究できます。 ここでは、高エネルギー コライダーで量子色力学 (QCD) によって生成されるトップ-アンチトップ ($tbar{t}$) クォーク ペアの量子状態の一般的なフレームワークを提示します。 一般に、コライダーでプローブできる全量子状態は、生成スピン密度行列の観点から与えられ、必然的に混合状態が生じると主張します。 最も基本的な QCD プロセスから生成された $tbar{t}$ ペアの量子状態を計算し、位相空間のさまざまな領域でエンタングルメントと CHSH 違反の存在を見つけます。 $tbar{t}$ ペアの現実的なハドロン生成は、これらの基本的な QCD プロセスの統計的混合であることを示します。 LHC とテバトロンで行われた陽子 - 陽子および陽子 - 反陽子衝突の実験的に関連するケースに焦点を当て、衝突のエネルギーによる量子状態の依存性を分析します。 エンタングルメントと CHSH 違反シグネチャの実験的観測量を提供します。 LHC では、これらのシグネチャは、エンタングルメントの場合、コーシー-シュワルツ不等式の違反を表す単一の観測量の測定によって与えられます。 文献で提案されている $tbar{t}$ ペアの量子トモグラフィ プロトコルの有効性を、より一般的な量子状態、および任意の生成メカニズムに拡張します。 最後に、コライダーで測定された CHSH 違反はベルの定理の弱い形の違反にすぎず、必然的に多くの抜け穴が含まれていると主張します。

トップクォークは、存在することが知られている最も重い素粒子です。 この大きな質量は、ハドロン化する前に崩壊するほど短い寿命に変換され、崩壊生成物からスピン量子状態を再構築することができます。 その結果、トップ-アンチトップ クォーク ($tbar{t}$) 間のスピン相関が集中的に研究されてきました。 しかし、ごく最近まで、量子情報理論との関連性は確立されていませんでした。

ここでは、$tbar{t}$ ペアの量子状態の一般的な形式、XNUMX キュービット状態のユニークな高エネルギー実現を提示します。 驚くべきことに、各 $tbar{t}$ 生成プロセスの確率と密度行列が高エネルギー理論によって計算されると、XNUMX キュービット量子状態の統計的混合を含む量子情報の典型的な問題が残ります。 この重要な観察は、一般的な物理学コミュニティが簡単に理解できるようにすることを目的として、本物の量子情報アプローチ内で完全に開発された記事の教育的プレゼンテーションを動機付けます.

エンタングルメント、CHSH 不等式、トップ クォークを使用した量子トモグラフィーなどの量子情報の概念の実験的研究について説明します。 興味深いことに、大型ハドロン衝突型加速器 (LHC) では、エンタングルメントと CHSH 違反の両方を、XNUMX つの観測対象の測定から検出できます。エンタングルメントの場合は統計的に有意です。

LHC でのこれらの測定の実装は、高エネルギーコライダーでも量子情報を研究する道を開きます。 それらの真の相対論的挙動、関係する対称性と相互作用のエキゾチックな特徴、およびそれらの基本的な性質により、高エネルギーコライダーは、このタイプの研究にとって非常に魅力的なシステムです。 たとえば、エンタングルメントの提案された検出は、クォークのペア間のエンタングルメントの史上初の検出であり、これまでに達成されたエンタングルメントの最高エネルギーの観測です。

►BibTeXデータ

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上記の引用は SAO / NASA ADS (最後に正常に更新された2022-09-29 11:58:29)。 すべての出版社が適切で完全な引用データを提供するわけではないため、リストは不完全な場合があります。

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