Journal of High Energy Physics (Apr 2022)
Precision tests of quantum mechanics and CPT $$ \mathcal{CPT} $$ symmetry with entangled neutral kaons at KLOE
- The KLOE-2 collaboration,
- D. Babusci,
- M. Berlowski,
- C. Bloise,
- F. Bossi,
- P. Branchini,
- A. Budano,
- B. Cao,
- F. Ceradini,
- P. Ciambrone,
- F. Curciarello,
- E. Czerwiński,
- G. D’Agostini,
- R. D’Amico,
- E. Danè,
- V. De Leo,
- E. De Lucia,
- A. De Santis,
- P. De Simone,
- A. Di Cicco,
- A. Di Domenico,
- E. Diociaiuti,
- D. Domenici,
- A. D’Uffizi,
- A. Fantini,
- G. Fantini,
- P. Fermani,
- S. Fiore,
- A. Gajos,
- P. Gauzzi,
- S. Giovannella,
- E. Graziani,
- V. L. Ivanov,
- T. Johansson,
- X. Kang,
- D. Kisielewska-Kamińska,
- E. A. Kozyrev,
- W. Krzemien,
- A. Kupsc,
- P. A. Lukin,
- G. Mandaglio,
- M. Martini,
- R. Messi,
- S. Miscetti,
- D. Moricciani,
- P. Moskal,
- A. Passeri,
- V. Patera,
- E. Perez del Rio,
- P. Santangelo,
- M. Schioppa,
- A. Selce,
- M. Silarski,
- F. Sirghi,
- E. P. Solodov,
- L. Tortora,
- G. Venanzoni,
- W. Wiślicki,
- M. Wolke
Affiliations
- The KLOE-2 collaboration
- D. Babusci
- Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN
- M. Berlowski
- National Centre for Nuclear Research
- C. Bloise
- Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN
- F. Bossi
- Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN
- P. Branchini
- INFN Sezione di “Roma Tre”
- A. Budano
- Dipartimento di Matematica e Fisica dell’Università “Roma Tre”
- B. Cao
- Department of Physics and Astronomy, Uppsala University
- F. Ceradini
- Dipartimento di Matematica e Fisica dell’Università “Roma Tre”
- P. Ciambrone
- Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN
- F. Curciarello
- Dipartimento di Fisica dell’Università della Calabria
- E. Czerwiński
- Institute of Physics, Jagiellonian University
- G. D’Agostini
- Dipartimento di Fisica dell’Università “Sapienza”
- R. D’Amico
- Dipartimento di Fisica dell’Università “Sapienza”
- E. Danè
- Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN
- V. De Leo
- Dipartimento di Fisica dell’Università “Sapienza”
- E. De Lucia
- Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN
- A. De Santis
- Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN
- P. De Simone
- Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN
- A. Di Cicco
- Dipartimento di Matematica e Fisica dell’Università “Roma Tre”
- A. Di Domenico
- Dipartimento di Fisica dell’Università “Sapienza”
- E. Diociaiuti
- Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN
- D. Domenici
- Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN
- A. D’Uffizi
- Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN
- A. Fantini
- Dipartimento di Fisica dell’Università “Tor Vergata”
- G. Fantini
- Dipartimento di Fisica dell’Università “Sapienza”
- P. Fermani
- Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN
- S. Fiore
- INFN Sezione di Roma
- A. Gajos
- Institute of Physics, Jagiellonian University
- P. Gauzzi
- Dipartimento di Fisica dell’Università “Sapienza”
- S. Giovannella
- Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN
- E. Graziani
- INFN Sezione di “Roma Tre”
- V. L. Ivanov
- Budker Institute of Nuclear Physics
- T. Johansson
- Department of Physics and Astronomy, Uppsala University
- X. Kang
- Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN
- D. Kisielewska-Kamińska
- Institute of Physics, Jagiellonian University
- E. A. Kozyrev
- Budker Institute of Nuclear Physics
- W. Krzemien
- National Centre for Nuclear Research
- A. Kupsc
- Department of Physics and Astronomy, Uppsala University
- P. A. Lukin
- Budker Institute of Nuclear Physics
- G. Mandaglio
- INFN Sezione di Catania
- M. Martini
- Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN
- R. Messi
- Dipartimento di Fisica dell’Università “Tor Vergata”
- S. Miscetti
- Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN
- D. Moricciani
- Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN
- P. Moskal
- Institute of Physics, Jagiellonian University
- A. Passeri
- INFN Sezione di “Roma Tre”
- V. Patera
- Dipartimento di Scienze di Base ed Applicate per l’Ingegneria dell’Università “Sapienza”
- E. Perez del Rio
- Dipartimento di Fisica dell’Università “Sapienza”
- P. Santangelo
- Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN
- M. Schioppa
- Dipartimento di Fisica dell’Università della Calabria
- A. Selce
- Dipartimento di Matematica e Fisica dell’Università “Roma Tre”
- M. Silarski
- Institute of Physics, Jagiellonian University
- F. Sirghi
- Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN
- E. P. Solodov
- Budker Institute of Nuclear Physics
- L. Tortora
- INFN Sezione di “Roma Tre”
- G. Venanzoni
- INFN Sezione di Pisa
- W. Wiślicki
- National Centre for Nuclear Research
- M. Wolke
- Department of Physics and Astronomy, Uppsala University
- DOI
- https://doi.org/10.1007/JHEP04(2022)059
- Journal volume & issue
-
Vol. 2022,
no. 4
pp. 1 – 21
Abstract
Abstract The quantum interference between the decays of entangled neutral kaons is studied in the process ϕ → KSKL → π + π − π + π − , which exhibits the characteristic Einstein-Podolsky-Rosen correlations that prevent both kaons to decay into π + π − at the same time. This constitutes a very powerful tool for testing at the utmost precision the quantum coherence of the entangled kaon pair state, and to search for tiny decoherence and CPT $$ \mathcal{CPT} $$ violation effects, which may be justified in a quantum gravity framework. The analysed data sample was collected with the KLOE detector at DAΦNE, the Frascati ϕ-factory, and corresponds to an integrated luminosity of about 1.7 fb −1, i.e. to about 1.7 × 109 ϕ → KSKL decays produced. From the fit of the observed ∆t distribution, being ∆t the difference of the kaon decay times, the decoherence and CPT $$ \mathcal{CPT} $$ violation parameters of various phenomenological models are measured with a largely improved accuracy with respect to previous analyses. The results are consistent with no deviation from quantum mechanics and CPT $$ \mathcal{CPT} $$ symmetry, while for some parameters the precision reaches the interesting level at which — in the most optimistic scenarios — quantum gravity effects might show up. They provide the most stringent limits up to date on the considered models.
Keywords