弱値・弱測定の切り拓く新たな素粒子・量子物理研究

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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。