Journal of Interfaces, Thin Films, and Low dimensional systems

The Quantum Mechanical features of a three-flavored neutrino oscillating system

Document Type : Original Article

Author

Department of Basic Sciences, Faculty of Marine Sciences, Chabahar Maritime University, Chabahar, Iran

Abstract

The quantum resource theory tools can examine the quantumness of neutrino oscillations across macroscopic distances. Several researchers have utilized the most popular measures of quantumness, i.e. quantum entanglement, to investigate neutrino oscillations, while the quantum discord measures are rarely applied to survey this phenomenon generally, due to the inherent complexity in their definition. Recently a computable measure of quantum discord is defined for bipartite systems, which is generalized for multipartite systems. In this paper, we propose an alternative generalization for the bipartite measure, to get rid of the maximization process in the definition of total quantum correlation measure, then employ these discord measures to study the quantumness of three-flavored oscillating neutrinos, both in single-particle and wave packet approaches. To support our results, we compare outputs with those of a bona fide entanglement measure, i.e. concurrence fill. Although the results confirm the compatibility of the quantum discord and entanglement, the considered quantum discord measures include more quantum resources than the entanglement.

Keywords

Main Subjects

Article Title [Persian]

بررسی ویژگی‌های کوانتوم مکانیکی یک سیستم سه طعمی نوترینو

Author [Persian]

  • جواد بهدانی

دانشگاه دریانوردی و علوم دریایی چابهار، دانشکده علوم دریایی، گروه علوم پایه و دروس عمومی

Abstract [Persian]

ابزارهای نظریه منابع کوانتومی، قادر به بررسی کوانتومی‌بودن نوسانات نوترینو در فواصل ماکروسکوپی هستند. پژوهشگرهای متعددی، از محبوب‌ترین معیارهای کوانتومی‌بودن، یعنی درهمتنیدگی کوانتومی، برای بررسی نوسانات نوترینو استفاده کرده‌اند، در حالی که معیارهای ناهمخوانی کوانتومی به دلیل پیچیدگی ذاتی در تعریفشان، به ندرت برای بررسی این پدیده در حالت کلی به کار گرفته شده‌اند. اخیراً سنجه قابل محاسبه ناهمخوانی کوانتومی برای سیستم‌های دوبخشی تعریف شده است که برای سیستم های چندبخشی تعمیم یافته است. در این مقاله، ما یک تعمیم جایگزین برای سنجه دوبخشی پیشنهاد می‌کنیم تا از فرآیند بیشینه‌سازی موجود در تعریف سنجه همبستگی کوانتومی کل خلاص شویم. در ادامه، این سنجه‌های ناهمخوانی را برای مطالعه کوانتومی‌بودن نوسانات سه طعمی نوترینوها، در دو رویکرد تک‌ذره‌ای و بسته موجی به کار می‌بریم. به منظور تایید نتایج خود، خروجی‌ها را با خروجی‌های یک سنجه درهمتنیدگی مناسب، یعنی انباشت کانکارنس، مقایسه می‌کنیم. اگرچه نتایج، سازگاری ناهمخوانی و درهم‌تنیدگی کوانتومی را تأیید می‌کنند، اما معیارهای ناسازگاری کوانتومی در نظر گرفته شده، محتوی منابع کوانتومی بیشتری نسبت به درهم‌تنیدگی هستند.

Keywords [Persian]

  • نوسانات نوترینو
  • هم‌بستگی کوانتومی
  • ناهم‌خوانی کوانتومی
  • درهم‌تنیدگی کوانتومی
 [1] A. Riazuddin, M. Riazuddin, A modern introduction to particle physics, World Scientific, 1992.
[2] K. Zuber, Neutrino physics, CRC press, 2011. 
 [3] P. Hernandez, "Neutrino Physics." CERN Yellow Reports, 5 (2016).
[4] Simon De Rijck and for the MINOS and MINOS+ Collab, "Latest Results from MINOS and MINOS+." Journal of Physics: Conference Series, 873 (2017) 012032.
[5] J. R. Wilson and the Hyper-Kamiokande Collaboratio, "The Hyper-Kamiokande Experiment." Journal of Physics: Conference Series, 2156 (2021) 012153.
[6] T. Vladisavljevic, "Results and Prospects from the T2K Experiment." Moscow University Physics, 77 (2022) 418–421.
[7] P. Adamson and MINOS+ Collaboration, "Precision Constraints for Three-Flavor Neutrino Oscillations from the Full MINOS+ and MINOS Dataset." Physical Review letters, 125 (2022) 131802.
[8] A. Butkevich, "Results of T2K NOvA Neutrino Experiments: Neutrino Mass Ordering and CP Symmetry." Journal of Experimental and Theoretical Physics, 134 (2022) 433–439.
[9] A. J. Leggett, A. Garg, "Quantum mechanics versus macroscopic realism: Is the flux there when nobody looks?" Physical Review Letters, 54 (1985) 857.
[10] C. Emary, N. Lambert, F. Nori, "Leggett–Garg inequalities." Reports on Progress in Physics, 77 (2014) 016001.
[11] J. Formaggio, D. Kaiser, M. Murskyj, T. Weiss, "Violation of the Leggett-Garg Inequality in Neutrino Oscillations." Physical Review Letters, 117 (2016) 050402.
[12] Xing-Zhi Wang, Bo-Qiang Ma, "New test of neutrino oscillation coherence with Leggett–Garg inequality." European Physical Journal C, 82 (2022) 133.
[13] E. Chitambar and G. Gour, "Quantum resource theories." Review of Modern Physics, 91 (2019) 025001.
[14] M. Blasone, F. Dell'Anno, S. De Siena, F. Illuminati, "Entanglement in neutrino oscillations," EPL, 85 (2009) 50002.
[15] A. K. Alok, S. Banerjee, S. U. Sankar, "Quantum correlations in two-flavour neutrino oscillations." Nuclear Physics B, 909 (2014) 65.
[16] Yu-Wen Li, Li-Juan Li, Xue-Ke Songa, Dong Wangb and Liu Ye, "Geuine tripartite entanglement in three-flavor neutrino oscillations." European Physical Journal C, 82 (2022) 799.
[17] M. Blasone, F. Dell'Anno, S. De Siena, F. Illuminati, "Flavor entanglement in neutrino oscillations in the wave packet." Europhysics Letters, 112 (2015) 20007.
[18] V. A. S. V. Bittencourt, C. J. Villas Boas, A. Bernardini, "Maximal correlation between flavor entanglement and oscillation damping due to localization effects." Europhysics Letters, 108 (2014) 50005.
[19] M. Ettefaghi, Z. Tabatabaei Lotfi, R. Ramezani Ara, "Quantum correlations in neutrino oscillation: Coherence and entanglement." Europhysics Letters, 132 (2020) 31002.
[20] S. Akhtarshenas, H. Mohammadi, S. Karimi, z. Azmi, "Computable measure of quantum correlation." Quantumum Information Processing, 14 (2015) 247.
[21] J. Behdani, S. J. Akhtarshenas, M. Sarbishaei, "Computable measure of total quantum correlations of multipartite systems." Quantumum Information Processing, 15 (2016) 1601.
[22] S. Xie, J. H. Eberly, "Triangle Measure of Tripartite Entanglement." Physical Review Letters, 127 (2021) 040403.
[23] M. Blasone, F. Dell’Anno, S. De Siena, M. Di Mauro, F. Illuminati, "Multipartite entangled states in particle mixing." Physical Review D, 77 (2008) 096002.
[24] I. Esteban, M. Gonzalez-Garcia, M. Malton, T. Schwetz, A. Zhou, "The fate of hints: updated global analysis of three-flavor neutrino oscillations." Journal of High Energy Physics, 2020 (2020) 178. 
 [25] C. C. Nishi, "First quantized approaches to neutrino oscillations and second quantization." Physical Review D, 73 (2006) 053013.
[26] P. Zanardi, "Quantum entanglement in fermionic lattices." Physical Review A, 65 (2002) 042101.
[27] Y. Shi, "Quantum entanglement of identical particles." Physical Review A, 67 (2003) 024301.
[28] M. O. T. Cunha, J. A. Dunningham, V. Vedral, "Entanglement in single-particle systems." in Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 2007.
[29] M. B. Plenio, S. Virmani, "An introduction to entanglement measures," Quantum Information Processing, 7 (2007) 1.
[30] A. Peres, "Collective tests for quantum nonlocality," Physical Review A, 54 (1996) 2685.
[31] J. Behdani, S. J. Akhtarshenas, M. Sarbishaei, "Comparison of quantum discord and fully entangled fraction of two classes of d⊗d states." Quantumum Information Processing, 16 (2017) 3. 
Journal of Interfaces, Thin Films, and Low dimensional systems
Volume 6, Issue 2
January 2023
Pages 621-629