| Project/Area Number |
20H01906
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
筒井 泉 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 特別准教授 (10262106)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
李 宰河 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (20816607)
田窪 洋介 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 研究機関講師 (50423124)
長谷川 祐司 北海道大学, 工学研究院, 教授 (60282498)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥16,380,000 (Direct Cost: ¥12,600,000、Indirect Cost: ¥3,780,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2020: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
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| Keywords | 量子測定 / 弱値 / ベル不等式 / 不確定性関係 / 量子乱数 / 弱測定 / 乱数生成 / 電気双極子モーメント / CP対称性 / Bell不等式 / 量子測定誤差 / CPの破れ / B中間子 |
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| Outline of Research at the Start |
量子力学では、実測可能な量を物理量演算子の「固有値」（または「期待値」）と呼ばれるものに限定しており、粒子の位置や運動量はその代表例である。ところが近年、これを越えた「弱値」と呼ばれる量が注目され、実際にいくつかの対象に測定が進められるようになっている。波動関数の測定はその一例である。
本研究は、この「弱値」の物理的な意味やその量子現象の特徴は何かを調べることで、量子の世界を深く知ろうとするものである。また、「弱値」を測る「弱測定」という方法によって実現される増幅効果を用いて、素粒子の標準模型を越える未知の素粒子反応を見つけるなど、新しい物理現象の探索を行うことを目的としている。
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| Outline of Annual Research Achievements |
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。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
弱測定の素粒子・原子核の基礎物理現象への応用と、B中間子の崩壊に伴う量子相関の検証については、研究実績の概要に記載したように、順調に進められており、予期した結果（CPの破れとBell不等式の検証への適用可能性の確証）を得るとともに、中性子のEDM測定を通したアキシオン粒子の探索など、新しい研究課題への展望が拓かれつつある。これは様々な物理分野で用いられている共鳴現象に基づくものであり、弱測定のさらに広い分野への応用に向けた基礎研究になるものと期待される。
一方、不確定性関係における弱値概念の応用については、不確定性関係の一般化や量子推定理論への応用研究が進んでいるものの、その進展はやや遅れており、現時点では公表すべき結果には到達していない。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は弱測定の観点からの共鳴現象の分析を通して、EDM測定以外のさらに広い分野での弱測定の応用を図る方針である。また弱値概念の応用についても、不確定性関係以外の一般確率論や推定理論と量子測定理論との関わりを調べることで、従来の確率概念の拡張（負確率や複素確率を含む）の物理的な意義を明らかにすることを念頭に研究を進めることにしている。
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Report
(2 results)
Research Products
(13 results)
