論文の概要: Entanglement and Bell Nonlocality in $τ^+ τ^-$ at the LHC using Machine Learning for Neutrino Reconstruction
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.01496v1
- Date: Wed, 02 Apr 2025 08:48:10 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-03 13:18:09.359236
- Title: Entanglement and Bell Nonlocality in $τ^+ τ^-$ at the LHC using Machine Learning for Neutrino Reconstruction
- Title（参考訳）: ニュートリノ再構成のための機械学習を用いたLHCにおける$τ^+ τ^-$のエンタングルメントとベル非局所性
- Authors: Yulei Zhang, Bai-Hong Zhou, Qi-Bin Liu, Shu Li, Shih-Chieh Hsu, Tao Han, Matthew Low, Tong Arthur Wu,
- Abstract要約: 標準モデルで予測される物理過程の精密測定は、高エネルギーで自然を深く理解し続けています。
我々は、量子トモグラフィーと量子エンタングルメントを測定するために、$pp to tau+tau-X$のプロセスの詳細なシミュレーションを行う。
ニュートリノ運動量再構成のための高度な機械学習技術を用いて、全スピン密度行列の正確な測定を実現する。
統計学的に有意なベル非局所性は, 5$sigma$を超え, $tau+ tau-$が確立された。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.54005949138485
- License:
- Abstract: Experiments at the CERN Large Hadron Collider (LHC) have accumulated an unprecedented amount of data corresponding to a large variety of quantum states. Although searching for new particles beyond the Standard Model of particle physics remains a high priority for the LHC program, precision measurements of the physical processes predicted in the Standard Model continue to lead us to a deeper understanding of nature at high energies. We carry out detailed simulations for the process $pp \to \tau^+\tau^- X$ to perform quantum tomography and to measure the quantum entanglement and the Bell nonlocality of the $\tau^+\tau^-$ two qubit state, including both statistical and systematic uncertainties. By using advanced machine learning techniques for neutrino momentum reconstruction, we achieve precise measurements of the full spin density matrix, a critical advantage over previous studies limited by reconstruction challenges for missing momenta. Our analysis reveals a clear observation of Bell nonlocality with high statistical significance, surpassing 5$\sigma$, establishing $\tau^+ \tau^-$ as an ideal system for quantum information studies in high-energy collisions. Given its experimental feasibility and the high expected sensitivity for Bell nonlocality, we propose that $\tau^+ \tau^-$ should be regarded as the new benchmark system for quantum information studies at the LHC, complementing and extending the insights gained from the $t\bar{t}$ system.
- Abstract（参考訳）: CERN Large Hadron Collider (LHC)の実験は、様々な量子状態に対応する前例のない量のデータを蓄積した。
粒子物理の標準モデルを超えた新しい粒子の探索は、LHCプログラムの優先度が高いが、標準モデルで予測される物理過程の精度測定は、高エネルギーでの自然のより深い理解に繋がる。
我々は、$pp \to \tau^+\tau^-X$プロセスの詳細なシミュレーションを行い、量子トモグラフィと$\tau^+\tau^-$2量子ビット状態の量子エンタングルメントとベル非局所性を測定する。
ニュートリノ運動量再構成に先進的な機械学習技術を用いて全スピン密度行列を高精度に測定する。
我々は,高エネルギー衝突における量子情報研究の理想的なシステムとして,ベル非局所性が5$\sigma$を超え,$\tau^+ \tau^-$を確立した。
ベル非局所性に対する実験的実現可能性と高い期待感度を考えると、$\tau^+ \tau^-$はLHCにおける量子情報研究のための新しいベンチマークシステムであり、$t\bar{t}$システムから得られる知見を補完し拡張するべきである。
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