正负电子对撞中费米子对的量子层析成像:纵向束流极化效应

该研究团队提出了一项关于未来正负电子对撞机中费米子对产生过程的量子层析研究,重点阐释了纵向束流极化如何调控双量子比特自旋密度矩阵。研究分析了三种代表性过程:正负电子→顶夸克对(质量阈值行为)、正负电子→μ子对(Z玻色子共振峰)以及巴巴散射(s/t道相互作用)。研究聚焦三个核心量子特性:通过共轭度𝒞表征的量子纠缠、通过最优CHSH参数ℬ表征的贝尔非定域性,以及通过第二稳定子雷尼熵ℳ₂量化的非稳定子性(“魔力”)。研究发现,在s道主导的过程中,纵向极化主要重塑单自旋极化态,而对自旋关联矩阵影响甚微,使得𝒞和ℬ保持较强鲁棒性,但会引起ℳ₂的显著变化。相比之下,巴巴散射中极化会改变s道与t道的相对贡献,从而对所有三个观测量产生强烈影响。在综合考虑统计与系统误差后,量子纠缠、贝尔非定域性和魔力特性的观测显著性均超过5σ水平,证实费米子对系统是高能轻子碰撞中量子信息研究的理想平台。通过优化束流极化配置,未来正负电子对撞机将为实验探索和调控粒子相互作用中的量子资源提供独特机遇。

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提交arXiv: 2026-02-02 19:38

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