論文の概要: Quantum Tomography of Fermion Pairs in $e^+e^-$ Collisions: Longitudinal Beam Polarization Effects
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.02719v1
- Date: Mon, 02 Feb 2026 19:38:33 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-04 18:37:15.037247
- Title: Quantum Tomography of Fermion Pairs in $e^+e^-$ Collisions: Longitudinal Beam Polarization Effects
- Title（参考訳）: e^+e^-$衝突におけるフェルミオン対の量子トモグラフィー:縦方向のビーム偏光効果
- Authors: Yu-Chen Guo, Tao Han, Matthew Low, Youle Su,
- Abstract要約: 本稿では、将来の$e+e-$衝突子におけるフェルミオン対生成の量子トモグラフィー研究について述べる。
プロセス $e+ e-to tbart, e+e-to +-$, Bhabha 散乱について検討する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.246830439528786
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We present a quantum tomography study of fermion pair production at future $e^+e^-$ colliders, emphasizing how longitudinal beam polarization controls the two-qubit spin density matrix. We study the processes $e^+ e^- \to t\bar{t},\ e^+e^-\to μ^+μ^-$ and Bhabha scattering $e^+e^-\to e^+e^-$, representing the mass threshold behavior, the $Z$ pole resonance and the $s/t$-channel interplay. We choose to focus on three key concepts: quantum entanglement via the concurrence $\mathcal{C}$, Bell nonlocality via the optimal Clauser Horne Shimony Holt (CHSH) parameter $\mathcal{B}$, and non-stabilizerness (``magic'') via the second stabilizer Rényi entropy $\mathcal{M}_2$. For the $s$-channel-dominated channels, longitudinal polarization mainly reshapes single-spin polarizations while leaving the spin-correlation matrix largely unchanged, rendering $\mathcal{C}$ and $\mathcal{B}$ comparatively robust, but inducing a pronounced variation of $\mathcal{M}_2$. In contrast, in Bhabha scattering, polarization modifies the relative contributions of the $s$-channel and $t$-channel and can strongly affect all three observables. The observability of entanglement, Bell nonlocality, and magic exceeds the $5σ$ level when both statistical and systematic uncertainties are included, establishing the fermion pair systems as ideal laboratories for quantum-information studies in high energy leptonic collisions. With optimized beam polarization, future $e^+e^-$ colliders will provide a unique opportunity to experimentally explore and influence quantum resources in particle interactions.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,2量子スピン密度行列の長手ビーム偏光がどのように制御するかを強調し,将来のe^+e^-$コリダにおけるフェルミオン対生成の量子トモグラフィーについて述べる。
本研究では, 質量しきい値の挙動を表すプロセス $e^+e^- \to t\bar{t},\ e^+e^-\to μ^+μ^-$, Bhabha 散乱 $e^+e^-\to e^+e^-$, $Z$極共鳴, $s/t$チャネル相互作用について検討する。
収束$\mathcal{C}$による量子絡み合い、最適クレーターHorne Shimony Holt (CHSH)パラメータ$\mathcal{B}$によるベル非局所性、第二安定化器Rényi entropy$\mathcal{M}_2$による非安定化性(`magic'')である。
$s$チャネルが支配されるチャネルの場合、縦偏極はスピン相関行列をほとんど変化しないまま、主に単スピン偏極を再現し、$\mathcal{C}$と$\mathcal{B}$は比較的堅牢であるが、$\mathcal{M}2$の顕著な変動を引き起こす。
対照的に、ババ散乱では、分極は$s$-チャネルと$t$-チャネルの相対的な寄与を修正し、3つの観測可能量全てに強く影響を与える。
絡み合い、ベル非局所性、マジックの観測可能性は、統計的および体系的な不確実性の両方を含む場合、5σ$レベルを超え、高エネルギーレプトニック衝突における量子情報研究のための理想的な実験施設としてフェルミオン対系を確立する。
ビーム偏光の最適化により、将来の$e^+e^-$衝突器は、粒子相互作用における量子資源を実験的に探索し、影響を与えるユニークな機会を提供する。
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