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本文运用核子能量 - 能量关联器（NEEC）研究大型强子对撞机（LHC）质子 - 质子碰撞中的长程方位角关联。发现自旋胶子会在希格斯玻色子和顶夸克对产生中引入显著的 cos (2?) 不对称性，为研究量子纠缠和检验贝尔不等式提供了新途径。
### 研究背景与目的
在大型强子对撞机（LHC）的质子 - 质子（pp）碰撞研究中，粒子产生的长程关联备受关注。本文运用核子能量 - 能量关联器（NEEC）这一工具，从全新视角探究该物理现象。NEEC 最初由 Liu 和 Zhu 提出，用于探索核子结构，此前主要应用于深度非弹性散射研究，本文将其拓展到 pp 碰撞领域。研究旨在揭示自旋胶子分布在 pp 碰撞中对长程方位角关联的影响，进而探索量子纠缠和检验贝尔不等式，同时为精确标准模型（SM）物理研究开辟新方向。
研究方法
通过测量沿入射强子束方向的能量沉积来研究 LHC 中的 NEEC。具体测量两个任意像素的能量流，这两个像素分别位于相对于质子入射束方向的固定角度（极角 θa、θb和方位角 ?a、?b）处。利用微扰量子色动力学（QCD）计算相关过程的部分子截面，重点研究希格斯玻色子产生和顶夸克对产生过程。
研究结果
- NEEC 在希格斯玻色子和顶夸克对过程中的表现：pp 碰撞中 NEEC 的因子化与深度非弹性散射过程类似。研究发现，希格斯玻色子和顶夸克对产生过程中的 cos (2?) 方位角不对称性相当显著，在中快度区域，两个通道的不对称性均达到 50% 以上，且随快度增加而减小。这一现象反映了自旋胶子和正常胶子分布的 x 依赖性。同时，希格斯玻色子产生的不对称性为正，而顶夸克对产生的不对称性为负，且顶夸克对产生的不对称性还依赖于顶夸克的横向动量和对之间的快度差。此外，通过计算还发现双光子产生过程的 cos (2?) 不对称性相对希格斯玻色子产生过程较小且符号相反。
- 量子纠缠和贝尔不等式检验：cos (2?) 关联可被视为纠缠的标志。在实验中，向前探测器探测到的粒子虽未直接接触，但在螺旋度上存在纠缠。基于此，利用 NEEC 可构建贝尔可观测量，通过测量该可观测量来检验贝尔不等式。研究发现，在希格斯玻色子和顶夸克对阈值产生过程中，当进行夸克喷注标记时，贝尔不等式会被显著违背。并且，增加对撞机能量会增强这种违背。
研究结论
- 对 NEEC 普遍性的验证：本文研究了 LHC 中 pp 碰撞 NEEC 测量的长程方位角关联，发现多个过程存在显著的 cos (2?) 不对称性。未来与电子 - 离子对撞机的研究对比，将为检验 NEEC 分布函数的普遍性提供重要依据。
- 对精确物理研究的意义：由于 LHC 中这些过程的不对称性较大，为 SM 精确物理研究开辟了新途径，尤其是通过比较希格斯玻色子产生、顶夸克对产生和双光子产生过程。但同时需要关注其他通道背景的影响，例如希格斯玻色子产生过程中弱玻色子融合的贡献。
- 对量子纠缠研究的价值：cos (2?) 关联与纠缠的联系，使 NEEC 中的长程关联成为研究量子纠缠和检验贝尔不等式的有前景的渠道。与其他基于对撞机的测试相比，NEEC 测量仅需确定前向探测器能量流沉积的方位角，更便于实验实施。
- 未来研究方向：未来可将该研究扩展到其他 QCD 过程，如多喷注产生和重夸克偶素产生。量子纠缠可能为核物理和粒子物理带来新视角，有望利用量子信息特性揭示核子结构，深入了解自旋胶子的影响，补充现有认识并可能揭示 SM 之外的新物理。
