論文の概要: Probing Yoctosecond Quantum Dynamics in Toponium Formation at Colliders
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.05703v2
- Date: Wed, 23 Jul 2025 11:55:06 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-24 14:06:49.589217
- Title: Probing Yoctosecond Quantum Dynamics in Toponium Formation at Colliders
- Title（参考訳）: 衝突体におけるトポニウム生成におけるヨクト秒量子ダイナミクスの探索
- Authors: Chang Xiong, Yu-Jie Zhang,
- Abstract要約: トップクォークとアンチトップクォークの境界状態であるトポニウムは、超短時間スケールで量子状態ダイナミクスを研究するための前例のないシステムを提供する。
生成における量子重ね合わせの役割を強調する「波状」シナリオと、相対論的因果関係によって有限形成時間が支配される「粒子状」シナリオである。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.956487888607564
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The formation of toponium, a bound state of top and anti-top quarks, provides an unprecedented system for investigating quantum state dynamics at ultrashort timescales. We explore two distinct phenomenological descriptions of this process: a 'wavelike' scenario emphasizing the role of quantum superposition at creation, and a 'particlelike' scenario where a finite formation time is governed by relativistic causality. Both descriptions are compatible with the principles of relativistic quantum field theory. We propose to distinguish these scenarios by exploiting the top quark's intrinsic lifetime ($\tau_t \sim 5.02 \times 10^{-25}$\,s) as a quantum chronometer. We simulate the cross-section ratio $R_b = \sigma(e^+e^- \to b\bar{b})/\sum_q \sigma(e^+e^- \to q\bar{q})$ ($q = u,d,s,c,b$) near $\sqrt{s} = 343$\,GeV at future lepton colliders (CEPC/FCC-ee). These distinct scenarios yield observable $R_b$ profiles, enabling $>5\sigma$ discrimination with 1500\,fb$^{-1}$ of data. Preliminary LHC data provide independent $2$--$3\sigma$ support. This framework establishes a collider-based method to explore time-dependent quantum phenomena in particle production with yoctosecond ($10^{-24}$\,s) resolution.
- Abstract（参考訳）: トップクォークとアンチトップクォークの境界状態であるトポニウムの形成は、超短時間スケールで量子状態のダイナミクスを研究する前例のないシステムを提供する。
生成における量子重ね合わせの役割を強調する「波状」シナリオと、相対論的因果関係によって有限形成時間が支配される「粒子状」シナリオである。
どちらの記述も相対論的場の量子論の原理と互換性がある。
我々は、トップクォークの固有寿命(\tau_t \sim 5.02 \times 10^{-25}$\,s)を量子クロノメーターとして利用することによって、これらのシナリオを区別することを提案する。
R_b = \sigma(e^+e^- \to b\bar{b})/\sum_q \sigma(e^+e^- \to q\bar{q})$$$ (q = u,d,s,c,b$) near $\sqrt{s} = 343$\,GeV at future lepton colliders (CEPC/FCC-ee)。
これらの異なるシナリオは、観測可能な$R_b$プロファイルを生成し、1500\,fb$^{-1}$で$>5\sigma$判別を可能にする。
予備的なLHCデータは独立した$2-$3\sigma$サポートを提供する。
この枠組みは、黄銅秒(10^{-24}$\,s)の分解能で粒子生成における時間依存量子現象を探索するコライダーに基づく方法を確立する。
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