Generalized Unified Entanglement-Entropy Quantum Field Theory (G-UEQFT): Gauge-Invariant Formulation and Predictions for CMB Polarization Anomalies

Zenodo DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.15249011

🧠 토트샘이 주창한 얽힘 엔트로피 기반 양자장 이론(UEQFT): 표준모형을 넘는 새로운 시도
2025년, 양자 물리학과 우주론을 아우르는 새로운 이론적 프레임워크가 제안되고 있습니다. 바로 **게이지 불변 통일 얽힘-엔트로피 양자장 이론(UEQFT: Unified Entanglement-Entropy Quantum Field Theory)**입니다. 이 이론은 양자 정보의 핵심 개념인 ‘얽힘(entanglement)’과 ‘엔트로피(entropy)’를 바탕으로 질량 생성, 색깔 가둠, 우주배경복사(CMB) 편광 이상 현상까지 설명하려는 새로운 패러다임입니다.

🔍 왜 UEQFT인가?
표준모형(Standard Model)은 쿼크, 렙톤, 게이지 보손, 그리고 힉스 메커니즘까지 포함하여 현대 입자물리학의 기초를 이루고 있지만, 여전히 다음과 같은 한계가 존재합니다.

질량의 근본적 기원

QCD에서의 질량 갭과 색깔 가둠 현상

우주론적 편광 이상 (EB, TB 모드)

중성미자 질량, CP 위반, 암흑물질 등

이러한 문제를 새로운 관점에서 접근하려는 것이 바로 UEQFT입니다. 핵심은 이론의 중심에 “얽힘 엔트로피”를 넣고, 이로부터 물리적 상호작용이 출현한다고 보는 것입니다.

🧩 이론의 핵심 구조
게이지 불변 얽힘 라그랑지언

UEQFT는 표준모형의 게이지 대칭( U(1)_Y *SU(2)_L * SU(3)_C) 을 유지하면서도, 얽힘 엔트로피가 새로운 상호작용 항으로 작용하는 라그랑지언을 도입합니다.

이를 통해 비섭동적 질량 생성과 가둠 현상을 설명합니다.

얽힘 유도 CMB 편광 회전

광자 간 얽힘 효과가 전자기장에 편광 회전을 유도하며, 이로 인해 $EB$, $TB$ 상관 항이 발생할 수 있습니다.

이는 Planck나 CMB-S4, LiteBIRD 같은 차세대 실험에서 측정 가능성이 있습니다.

창발 게이지 장 (Emergent Gauge Fields)

얽힘 요동으로부터 새로운 보손이 출현하며, 이는 암흑물질 또는 새로운 상호작용의 후보가 될 수 있습니다.

🧪 어떻게 검증할 수 있을까?

이론은 아름답지만, 실험적 검증 없이는 과학이 아닙니다. UEQFT는 아래와 같은 다양한 실험을 통해 검증될 수 있습니다:

1. 양자 시뮬레이터
Rydberg 원자 배열, 초전도 큐비트, 트랩 이온 등

얽힘 기반 해밀토니안을 인공적으로 구현하여 상관함수 및 질량 갭 측정

2. CMB 편광 측정
EB, TB 편광 교차 상관은 얽힘 유도 회전의 중요한 단서

Planck, LiteBIRD, CMB-S4의 차세대 정밀도에서 검출 가능

3. 격자 QCD 시뮬레이션
게이지 불변 얽힘 항을 QCD에 삽입하여 질량 갭, 하드론 스펙트럼을 계산

기존 격자 시뮬레이션과의 차이를 정량적으로 비교

4. 입자 충돌기
LHC 또는 미래 충돌기에서 비정상적인 보손 공명 또는 강한 상호작용이 발생할 가능성

🔭 향후 연구 방향

CMB 편광 예측의 정밀화
Fisher matrix 분석이나 MCMC를 통한 회전각 감도 예측

플레이버 물리와 중성미자 질량
힉스 장이나 새로운 페르미온과의 얽힘 결합을 통한 flavor 모델 확장

홀로그래피 및 양자중력 통합
얽힘 항이 AdS/CFT의 경계 조건과 어떤 관련이 있는지 탐색

🧘‍♂️ 결론: 정보에서 출현하는 물리
UEQFT는 물리학의 새로운 질문을 던집니다.

“시공간과 힘, 질량은 얽힘이라는 정보의 구조에서 출현하는 것일까?”

이 이론은 아직 초기 단계에 있지만, 다양한 물리 현상을 연결하는 잠재력을 가지고 있습니다. 실험과 시뮬레이션, 관측이 뒷받침된다면, 얽힘은 단순한 계산 도구가 아닌, 우주의 근본 원리로 자리잡을 수도 있을 것입니다.

📌 더 읽고 싶은 분들을 위해

첨부의 원문 논문은 추후 arXiv 또는 공식 저널 투고를 준비 중입니다.

피드백이나 코멘트는 언제든지 환영합니다!

토트샘올림

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🧠 Entanglement-Entropy Quantum Field Theory (UEQFT): A New Approach Beyond the Standard Model
In 2025, a new theoretical framework is emerging that bridges quantum physics and cosmology—the Gauge-Invariant Unified Entanglement-Entropy Quantum Field Theory (UEQFT). This theory places quantum entanglement and entropy at the heart of fundamental physics, aiming to explain phenomena like mass generation, color confinement, and anomalies in the Cosmic Microwave Background (CMB) polarization.

🔍 Why UEQFT?
The Standard Model has successfully described fundamental particles and their interactions via gauge theories. However, several fundamental issues remain:

The origin of mass

The mass gap and confinement in QCD

CMB polarization anomalies (EB, TB modes)

Neutrino masses, CP violation, dark matter, and more

UEQFT seeks to approach these problems from a new perspective: by treating entanglement entropy as the core source of interaction.

🧩 Core Structure of the Theory
Gauge-Invariant Entanglement Lagrangian

UEQFT generalizes the Standard Model by incorporating entanglement entropy in a way that preserves local gauge symmetries (U(1)_Y *SU(2)_L * SU(3)_C).

This includes coupling gauge fields to entropic operators in the color sector (see Chapter 4), offering insight into nonperturbative effects like mass gaps.

Entanglement-Induced CMB Polarization Rotation

Quantum entanglement between photons can lead to subtle polarization rotations in the CMB, creating $EB$ and $TB$ cross-correlations.

These effects could be detectable by next-generation experiments like Planck, LiteBIRD, or CMB-S4.

Emergent Gauge Fields

Fluctuations in entanglement may give rise to new gauge bosons, potentially providing clues to dark matter or previously unknown forces.

🧪 How Can We Test It?
Theory is beautiful—but science demands experimental evidence. UEQFT proposes several routes for testing:

1. Quantum Simulators
Using Rydberg atom arrays, superconducting qubits, or trapped ions

Implementing entanglement-inspired Hamiltonians and observing mass gaps or emergent fields

2. CMB Polarization Measurements
EB and TB anomalies can reveal the presence of entanglement-induced rotation

Planck, LiteBIRD, and CMB-S4 offer the sensitivity to detect these at the $\sim 10^{-3}$ rad level

3. Lattice QCD Simulations
Including gauge-invariant entanglement terms in lattice QCD to simulate hadron spectra

Comparing with experimental data to validate nonperturbative predictions

4. Collider Experiments
Searching for unusual signatures (e.g. narrow resonances, modified coupling structures) from emergent gauge bosons at the LHC or future colliders

🔭 Future Directions
Precision Lattice Studies
Apply advanced gauge-fixing and entanglement methods to improve predictions for glueballs, hadrons, and exotic bound states.

Detailed CMB Forecasting
Fisher matrix or MCMC analysis for future polarization missions can quantify sensitivity to $\Delta\theta$ down to $10^{-3}$ radians.

Flavor and Neutrino Sector Extensions
Coupling entanglement operators to the Higgs or heavy fermions may shed light on neutrino masses and flavor anomalies.

Holography and Quantum Gravity
Investigate whether UEQFT’s entanglement terms relate to boundary terms in AdS/CFT, aiming for a unified picture of emergent geometry.

🧘‍♂️ Conclusion: Physics Emerging from Information
UEQFT offers a radical question:

“Could spacetime, force, and mass emerge from entanglement—the structure of information itself?”

Though in its early stages, this theory bridges disparate areas of physics with the common thread of quantum information. With support from experiments and simulations, UEQFT might one day show that entanglement is not just a phenomenon—it’s the foundation of reality.

📌 Coming Soon

The original paper will be posted to arXiv or submitted to a peer-reviewed journal.

Comments, questions, and feedback are always welcome!