A test on quantum entanglement with Bell inequality violation detection at ultimately high energy collisions at LHC

大型强子对撞机最终高能碰撞中贝尔不等式违规检测的量子纠缠测试

基本信息

批准号：
22H01235
负责人：
長野邦浩
金额：
$ 6.49万
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：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01235/
关键词：
素粒子物理学量子もつれベル不等式 ATLAS実験 B中間子素粒子実験

项目摘要

本研究で新たに考案した、陽子・陽子散乱反応からのB中間子を用いたベル不等式の検証実験で重要となるのは測定効率である。より堅牢な検証とするためにはATLAS実験ではこれまで行えなかった低い横運動量領域まで、ミュー粒子測定、D*粒子崩壊測定を改良する新規開発が必要となる。本年度は、まずはミュー粒子測定効率を制限しているハードウェアトリガーの改良に成功した。横運動量しきい値を下げたトリガー論理をFPGA回路上で対応表として開発し、実機に導入した。本年度から開始されたLHC第3期 (Run3) 運転において実際に運用してデータ取得に成功した。新ハードウェアによるトリガーを立ち上げ、コミッショニング・運転をするために本研究協力者の辻川をCERN研究所に派遣した。D*粒子は内部飛跡検出器による飛跡情報を用いて測定する。本研究代表者の長野がCERN研究所に渡航して、飛跡検出器トリガーの立ち上げに従事し、Run3において実データを高効率で取得することに成功した。また、本研究分担者の田窪がCERN研究所に滞在して、飛跡検出器のうちピクセル検出器の立ち上げ・運転に従事し、Run3で取得されたデータをすぐさま検証した。以上のように、改良したミューオントリガー、高効率の飛跡検出でRun3運転を正常に立ち上げてデータ取得、と当初の計画どおりの成果を上げることができた。また、飛跡情報からD*粒子崩壊を再構成するオフラインでのデータ解析手法については、まずは比較的高い運動量領域における再構成手法を確立することに成功した。データ解析サーバ用にMac Studioを購入し、高エネルギー加速器研究機構に設置した。研究結果について、国際会議２件、日本物理学会１件、研究会１件（招待講演）にて、講演を行った。

在本研究新设计的使用来自质子-质子散射反应的B介子的贝尔不等式验证实验中，测量效率非常重要。为了使验证更加稳健，有必要开发新方法将μ子测量和D*粒子衰变测量改进到低横向动量范围，而这在ATLAS实验中迄今为止还无法实现。今年，我们首先成功改进了限制μ子测量效率的硬件触发器。具有较低横向动量阈值的触发逻辑被开发为FPGA电路上的对应表并引入到实际机器中。该系统在今年开始的大型强子对撞机第三阶段（Run 3）运行期间成功运行并获取了数据。研究合作者辻川被派往 CERN 实验室，负责启动、调试和操作新的硬件触发器。 D* 粒子使用来自内部径迹检测器的径迹信息进行测量。首席研究员 Nagano 前往 CERN 实验室进行跟踪探测器触发器的设置，并在 Run 3 中成功高效地获取了真实数据。此外，联合研究员 Takubo 留在 CERN 实验室，从事径迹探测器像素探测器的启动和运行，并立即验证了 Run 3 中获取的数据。如上所述，利用改进的μ子触发器和高效的径迹检测，我们能够成功启动Run 3并获取数据，达到了原计划的结果。此外，关于从轨迹信息重建D*粒子衰变的离线数据分析方法，我们首先成功地建立了相对高动量区域的重建方法。 Mac Studio 是为数据分析服务器购买的，并安装在高能加速器研究组织。我在两次国际会议上就我的研究成果做了演讲，一次在日本物理学会，一次在研究会议上（特邀）。