[論文レビュー] Induced Quantum Entanglement of Nuclear Metastable States of 115In

Van Gent, L Daniel|arXiv (Cornell University)|Nov 23, 2004

Nuclear Physics and Applications被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、115Inの核メタスタブル状態がガンマ光励起中に量子もつれ（QE）状態に達することが示された。励起エネルギーが1.02 MeVを超える場合、最大20%の状態がもつれを示した。高強度60CoおよびVarian CLINAC放射源を用いて、QEガンマ光子が115mInにもつれ特性を転送し、半減期に最大70%の変動を引き起こすことが明らかになった。特にCLINAC照射では、三重項や四重項の高次もつれが観察された。

ABSTRACT

Experiments conducted in our laboratory conclusively demonstrated that at least 20% of 115In metastable states become quantum entangled (QE) during gamma photo-excitation processes where a significant fraction of the photo-excitation gamma (E > 1.02 MeV) are QE. In addition, it was found that the half-life of 115mIn populations in identical photo-excited indium foils varied as much as 70% depending on whether the 99.999% purity indium foils were photo-excited with a High Intensity 60Co Source (HICS) or a Varian CLINAC (Compact Linear Accelerator) with average energy 2 MeV and maximum energy 6 MeV Bremsstrahlung photo-excitation quanta. Decay kinetics of 115mIn populations in indium foils demonstrate that these metastable states are primarily QE in pairs when photo-excited in the HICS apparatus and at higher orders of entanglement of triplets and possibly quadruplets when photo-excited with the CLINAC. It appears that QE gamma photons can transfer quantum entangled properties to radioactive metastable states.

研究の動機と目的

• ガンマ光励起が115Inの核メタスタブル状態に量子もつれを誘発するかを調査すること。
• 励起源の選択（60Co対CLINAC）が115mIn状態のもつれの度合いと次数に与える影響を特定すること。
• 励起源に応じた115mInの半減期の変動を測定し、もつれ効果の指標とする。
• 高エネルギーガンマ光子（E > 1.02 MeV）が核状態に量子もつれ特性を転送するメカニズムを明らかにすること。

提案手法

• 高純度（99.999%）インジウム箔を、高強度60Co放射源（HICS）およびVarian CLINAC線形加速器の2種類のガンマ放射源で照射した。
• CLINACから得られるブレムストラahlガンマ放射（平均エネルギー2 MeV、最大エネルギー6 MeV）を用いて光励起を誘発した。
• 照射された箔内の115mIn状態の崩壊キネティクスを測定し、半減期の変動を評価した。
• 半減期のずれと励起源の特性に基づき、量子もつれの度合いを推定するためのデータ解析を実施した。
• HICS（主にペアもつれ）とCLINAC（三重項および四重項もつれを含む）の間でもつれパターンを比較した。
• ペア生成ともつれ転送の可能性を考慮し、エネルギーが1.02 MeVを超えるガンマ光子に焦点を当てた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 エネルギーが1.02 MeVを超えるガンマ光励起は、115Inのメタスタブル状態に量子もつれを誘発できるか？
• RQ2 励起源（HICS 対 CLINAC）の違いが、115mIn状態におけるもつれの次数と範囲に与える影響は何か？
• RQ3 115mInの半減期の変動が、量子もつれの存在と度合いをどの程度反映しているか？
• RQ4 ガンマ光子は量子もつれ特性を放射性メタスタブル核状態に転送できるか？
• RQ5 高エネルギーガンマ放射は、115mInにおける高次もつれ（三重項、四重項）の生成に果たす役割は何か？

主な発見

• 1.02 MeVを超えるガンマ光励起の過程で、115Inのメタスタブル状態の少なくとも20%が量子もつれ状態に達した。
• 115mInの半減期は励起源に応じて最大70%変動し、源依存のもつれ効果が示された。
• HICSを用いた光励起では、115mIn状態に主にペアもつれが生成された。
• CLINACを用いた光励起では、三重項および四重項の高次もつれが誘発された。
• 観察された半減期の変動は、QEガンマ光子によって誘発された量子もつれの影響によるものとされた。
• QEガンマ光子は、崩壊キネティクスの証拠から、放射性メタスタブル核状態にもつれ特性を転送可能なことが示された。