論文の概要: Reaching the Ultimate Quantum Precision Limit at Colliders: Conditions and Case Studies
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.10673v1
- Date: Thu, 12 Jun 2025 13:03:36 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-13 15:37:22.743558
- Title: Reaching the Ultimate Quantum Precision Limit at Colliders: Conditions and Case Studies
- Title（参考訳）: 衝突機における極端量子精度限界の到達条件と事例研究
- Authors: Tengyu Ai, Qi Bi, Yuxin He, Jia Liu, Xiao-Ping Wang,
- Abstract要約: 我々は、量子フィッシャー情報(QFI)によって定義された精度の量子限界に達することができるかどうかを考察する。
我々は、コライダー測定が絡み合った二粒子系においてQFIを飽和させるかどうかを決定するための一般的な枠組みを開発する。
古典的フィッシャーは、選択した位相空間領域におけるQFIの磁気モーメントとCP違反ヒッグス相互作用を情報的に飽和させることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 15.086501264289614
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We investigate whether collider experiments can reach the quantum limit of precision, defined by the quantum Fisher information (QFI), using only classical observables such as particle momenta. As a case study, we focus on the $\tau^+\tau^-$ system and the decay channel $\tau \to \pi \nu$, which offers maximal spin-analyzing power and renders the decay a projective measurement. We develop a general framework to determine when collider measurements can, in principle, saturate the QFI in an entangled biparticle system, and this framework extends naturally to other such systems. Within this framework, QFI saturation occurs if and only if the symmetric logarithmic derivative (SLD) commutes with a complete set of orthonormal separable projectors associated with collider-accessible measurements. This separability condition, reflecting the independence of decay amplitudes, is highly nontrivial. To meet this condition, a key requirement is that the spin density matrix be rank-deficient, allowing the SLD sufficient freedom. We show that the classical Fisher information asymptotically saturates the QFI for magnetic dipole moments and CP-violating Higgs interactions in selected phase-space regions, but not for electric dipole moments. These results bridge quantum metrology and collider physics, providing a systematic method to identify quantum-optimal sensitivity in collider experiments.
- Abstract（参考訳）: 我々は,量子フィッシャー情報(QFI)によって定義された精度の量子限界に,粒子モータのような古典的な観測可能量のみを用いて到達できるかどうかを考察する。
ケーススタディでは、最大スピン解析力を提供し、崩壊を射影測定する$\tau^+\tau^-$システムと崩壊チャネル$\tau \to \pi \nu$に焦点を当てる。
我々は,コライダー測定が二粒子連接系においてQFIを飽和させることができるかを決定するための一般的な枠組みを開発し,この枠組みを他の系に自然に拡張する。
この枠組みの中で、QFI飽和は、対称対数微分(SLD)がコライダーアクセス可能な測定に付随する正則分離プロジェクターの完全な集合で可換である場合にのみ起こる。
この分離性条件は、崩壊振幅の独立性を反映しており、非常に非自明である。
この条件を満たすために重要な要件は、スピン密度行列がランク不足であり、SLDが十分に自由であることである。
古典的フィッシャー情報は, 電気的双極子モーメントではなく, 選択した位相空間領域におけるQFIの磁気双極子モーメントとCPに反するヒッグス相互作用を漸近的に飽和させることを示す。
これらの結果は量子力学とコライダー物理学を橋渡し、コライダー実験における量子最適感度を同定する体系的な方法を提供する。
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