論文の概要: Bell inequalities and quantum entanglement in weak gauge bosons
production at the LHC and future colliders
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2302.00683v3
- Date: Sat, 16 Sep 2023 17:45:13 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2023-09-20 00:49:37.943827
- Title: Bell inequalities and quantum entanglement in weak gauge bosons
production at the LHC and future colliders
- Title（参考訳）: LHCおよび将来の衝突器における弱ゲージボソン生成におけるベルの不等式と量子絡み合い
- Authors: M. Fabbrichesi, R. Floreanini, E. Gabrielli, and L. Marzola
- Abstract要約: 衝突機で発生する弱い相互作用ゲージボソンの量子絡み合いは、対応する偏光密度行列を計算することによって調べることができる。
ヒッグス粒子は$Hto W W*$と$Hto Z Z*$で崩壊し、$W*$と$Z*$はオフシェル状態である。
我々は、ベルの不等式が$Hto Z Z*$で、将来のデータでLHCでテストできる程度に違反していることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum entanglement of weak interaction gauge bosons produced at colliders
can be explored by computing the corresponding polarization density matrix. To
this end, we consider the Higgs boson decays $H\to W W^*$ and $H\to Z Z^*$, in
which $W^*$ and $Z^*$ are off-shell states, and the $WW$, $WZ$ and $ZZ$
di-boson production in proton collisions. The polarization density matrix of
the di-boson state is determined by the amplitude of the production process and
can be experimentally reconstructed from the angular distribution of the
momenta of the final states into which the gauge bosons decay. We show that a
suitable instance of the Bell inequality is violated in $H\to Z Z^*$ to a
degree that can be tested at the LHC with future data. The same Bell inequality
is violated in the production of $WW$ and $ZZ$ boson pairs for invariant masses
above 900 GeV and scattering angles close to $\pi/2$ in the center of mass
frame. LHC data in this case are not sufficient to establish the violation of
the Bell inequality. We also analyze the prospects for detecting Bell
inequality violations in di-boson final states at future $e^+e^-$ and muon
colliders. A further observable that provides a lower bound on the amount of
polarization entanglement in the di-boson system is computed for each of the
examined processes. The analytic expressions for the polarization density
matrices are presented in full in an Appendix. We also provide the unitary
matrices required in the optimization procedure necessary in testing the Bell
inequalities.
- Abstract（参考訳）: 衝突器で生成する弱い相互作用ゲージボソンの量子絡み合いは、対応する分極密度行列を計算することで探究できる。
この目的のために、ヒッグス粒子は$H\to W W^*$と$H\to Z Z^*$で崩壊し、そこでは$W^*$と$Z^*$はオフシェル状態、そして$WW$、$WZ$および$ZZ$は陽子衝突におけるダイボソン生成である。
ディボソン状態の分極密度行列は、生成プロセスの振幅によって決定され、ゲージボソンが崩壊する最終状態のモーメントの角分布から実験的に再構成することができる。
我々は,ベルの不等式が$H\to Z Z^*$において,将来のデータでLHCで検証できる程度に不等式を犯していることを示す。
同じベルの不等式は900GeV以上の不変質量に対する$WW$と$ZZ$ボソン対と、質量フレームの中心における$\pi/2$に近い散乱角に対して違反される。
この場合のLHCデータはベルの不平等の違反を確立するには不十分である。
また, ダイボソン最終状態におけるベル不等式違反を将来の$e^+e^-$およびミューオン衝突器で検出する可能性も分析した。
ダイボソン系における分極エンタングルメントの量に低いバウンドを与えるさらなるオブザーバブルを各プロセスで計算する。
偏光密度行列の解析式は、Appendixで完全に表現される。
またベルの不等式テストに必要な最適化手順に必要なユニタリ行列も提供する。
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