弱値・弱測定の切り拓く新たな素粒子・量子物理研究

新的基本粒子和量子物理研究开辟了弱值和弱测量

基本信息

批准号：
20H01906
负责人：
筒井泉
金额：
$ 10.48万
依托单位：
High Energy Accelerator Research Organization
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

令和3年度（繰越分）に関わる研究実績は次の２つにまとめられる。1)弱測定による精密測定の方法を素粒子や量子物理における基礎的な現象の分析に適用可能かどうかの考察を行った。これは前年度に示した適用可能性条件、すなわち弱測定における対象系の事後選択の実施可能性についてさらに検討を加えたものである。その結果、KEKのBelle II 実験におけるCPの破れの測定精度の改善や、CERNのATLAS実験におけるBell不等式の検証（量子論的非局所相関の確認）への応用への可否を調べ、特に後者では十分な見込みがあることを確認した。またこれらに加えて、新たに中性子の電気双極子モーメント（EDM）測定に弱測定の手法を応用する研究を行った。その結果、標準的なRamsey共鳴法によるEDM測定は弱測定として捉えることができ、さらにこの測定を通してStrong CPの問題に解決を与えるアキシオン粒子の従来の探索領域を拡大する可能性があることを明らかにした。２）量子力学の不確定性関係に起因する原子の崩壊現象は、本質的な量子論的確率性（非決定性）を持ち、さらにアメリシウム（Am241）のα崩壊など特定の崩壊現象においては、パリティ保存則が成立することが知られている。量子物理におけるこれらの２つの原理に基づいて、安全性（乱数性と秘匿性）が保証された乱数の生成が可能であることを示した。さらに量子暗号理論の観点から、このような量子乱数と従来の疑似乱数との本質的な差異について理論的な研究を行った。具体例として、Bell不等式の精密な検証実験として国際的に認知されているInnsbruckのWeihsらの測定データと、複数の標準的な疑似乱数との乱数性を分析し、その結果、量子乱数性については従来、知られていなかった微妙な性質があることが判明した。この結果は、さらに検討を加えた上で公表することとしている。

与2021财年（结转）相关的研究成果可归纳为以下两类。 1）我们考虑弱测量的精确测量方法是否可以应用于基本粒子和量子物理中基本现象的分析。这是对前一年所展示的适用性条件的进一步研究，即弱测量中目标系统后选的可行性。因此，我们研究了该结果是否可以应用于提高 KEK 的 Belle II 实验中 CP 破坏的测量精度，以及验证 CERN 的 ATLAS 实验中的贝尔不等式（确认量子非局域相关性），结果证实有足够的前景。。除此之外，我们还开展了将弱测量方法应用于中子电偶极矩（EDM）测量的研究。结果，我们发现使用标准拉姆齐共振方法的 EDM 测量可以被视为弱测量，并且该测量有可能扩大轴子粒子的常规搜索区域，从而为强 CP 问题提供解决方案。我做到了。 2）由量子力学的不确定关系引起的原子衰变现象具有固有的量子随机性（非决定论），此外，在某些衰变现象中，例如镅（Am241）的α衰变，宇称守恒定律成立。基于量子物理学的这两个原理，我们证明可以生成具有保证安全性（随机性和机密性）的随机数。进一步，我们从量子密码学理论的角度，对此类量子随机数与常规伪随机数的本质区别进行了理论研究。作为一个具体的例子，我们分析了国际上公认的贝尔不等式精确验证实验的Weihs等人的测量数据和几个标准伪随机数的随机性，结果发现：人们发现，量子随机性存在一些以前未知的微妙特性。进一步考虑后，结果将向社会公布。

项目成果

期刊论文数量（13）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

理想的な乱数実現へ－「パリティ対称性」利用が有効－

实现理想的随机数 -使用“奇偶对称”是有效的-

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Neutron optical test of completeness of quantum root-mean-square errors

量子均方根误差完整性的中子光学测试

DOI：
10.1038/s41534-021-00437-8
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
7.6
作者：
Sponar Stephan;Danner Armin;Ozawa Masanao;Hasegawa Yuji
通讯作者：
Hasegawa Yuji

Tests of fundamental quantum mechanics and dark interactions with low-energy neutrons

基础量子力学和低能中子暗相互作用的测试

DOI：
10.1038/s42254-021-00298-2
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
38.5
作者：
Sponar Stephan;Sedmik Ren? I. P.;Pitschmann Mario;Abele Hartmut;Hasegawa Yuji
通讯作者：
Hasegawa Yuji

Secure random number generation from parity symmetric radiations

从奇偶对称辐射生成安全随机数

DOI：
10.1038/s42005-022-00915-1
发表时间：
2019-12-19
期刊：
Communications Physics
影响因子：
5.5
作者：
T. Tsurumaru;Toshihiko Sasaki;I. Tsutsui
通讯作者：
I. Tsutsui

Feasibility of Bell Inequality Violation at the ATLAS Experiment with Flavor Entanglement of B0 bar B0 Pairs from pp Collisions

ATLAS 实验中 B0 bar B0 对来自 pp 碰撞的风味纠缠违反贝尔不等式的可行性

DOI：
10.1103/physrevd.104.056004
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
5
作者：
Takubo Yosuke;Ichikawa Tsubasa;Higashino Satoshi;Mori Yuichiro;Nagano Kunihiro;Tsutsui Izumi
通讯作者：
Tsutsui Izumi