|
Аномальный магнитный момент Луны
|
|
|
|
Магнитный момент мюона является важным параметром точности для проверки стандартной модели физики элементарных частиц. После многих лет работы исследовательская группа под руководством профессора Хартмута Виттига из кластера передового опыта PRISMA+ Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце (JGU) рассчитала это значение, используя так называемый метод квантовой хромодинамики решетки (lattice QCD method). Их результат согласуется с последними экспериментальными измерениями, в отличие от более ранних теоретических расчетов.
|
|
|
|
После того как в последние годы точность экспериментальных измерений возросла, внимание все чаще обращалось к теоретическому предсказанию и центральному вопросу о том, существенно ли оно отличается от экспериментальных результатов и, таким образом, свидетельствует о существовании новой физики, выходящей за рамки стандартной модели.
|
|
|
|
Аномальный магнитный момент является неотъемлемым свойством элементарных частиц, таких как электрон или его более тяжелый собрат мюон. Вычисление этой величины с достаточной точностью в рамках стандартной модели представляет собой огромную проблему.
|
|
|
|
За единственным исключением гравитации, все фундаментальные взаимодействия вносят свой вклад в аномальный магнитный момент. В частности, вклад сильного взаимодействия, которое описывает взаимодействие между основными строительными блоками протонов и нейтронов, кварками, вызывает большие трудности у физиков.
|
|
|
|
|
|
|
Основным источником неопределенности в теоретическом расчете аномального магнитного момента мюона является вклад так называемой адронной поляризации вакуума (HVP). Традиционно этот вклад определялся с использованием экспериментальных данных — это называется методом, основанным на данных.
|
|
|
|
Фактически, на протяжении многих лет этот метод обеспечивал значительное отклонение от экспериментально измеренного значения и, таким образом, также был одним из наиболее многообещающих свидетельств существования новой физики.
|
|
Результат кластера передового опыта PRISMA+
|
|
|
|
Группа Виттига опубликовала новый результат исследования HVP в виде препринта в архиве открытого доступа arXiv, который был получен с использованием дополнительного метода решетчатой КХД.
|
|
|
|
"Наша работа подтверждает более ранние данные, свидетельствующие о явном расхождении между методом, основанным на данных, и решетчатыми КХД-расчетами", - говорит Виттиг. "В то же время из нашего результата мы должны сделать вывод, что стандартная модель в очередной раз подтвердилась, поскольку наш результат согласуется с экспериментальными измерениями".
|
|
|
|
В 2020 году "Инициатива по теории мюона g-2" — международная группа из 130 физиков с активным участием из Майнца — опубликовала справочное значение для теоретического предсказания аномального магнитного момента мюона в рамках стандартной модели, которая основана на методе, основанном на данных.
|
|
|
|
На самом деле это показало явное отклонение от новых прямых измерений этой величины, которые проводились в лаборатории Фермилаб недалеко от Чикаго с 2021 года.
|
|
|
|
Однако после публикации новых результатов эксперимента CMD-3 в Новосибирске в феврале 2023 года это контрольное значение оказалось под вопросом, поскольку предсказание стандартной модели сильно варьируется в зависимости от того, какой набор данных используется.
|
|
|
|
Чтобы преодолеть недостатки метода, основанного на данных, группа Виттига сосредоточилась на расчетах с использованием метода решетчатой КХД, который позволяет численно рассчитать вклад сильного взаимодействия с использованием суперкомпьютеров. Преимущество такого подхода заключается в том, что, в отличие от значения, опубликованного в 2020 году, он дает результаты, которые не требуют экспериментальных данных.
|
|
|
|
Соответствие со средним экспериментальным значением
|
|
|
|
Группа Виттига сосредоточилась на расчете вклада HVP, который обеспечивает наибольший вклад сильного взаимодействия в аномальный магнитный момент мюона. В своей недавней работе команда обнаружила новое значение аномального магнитного момента мюона, которое согласуется с текущим экспериментальным средним значением и далеко от теоретической оценки на 2020 год.
|
|
|
|
"После многих лет работы над снижением неопределенности наших расчетов и преодолением вычислительных трудностей, связанных с выполнением таких решетчатых КХД-вычислений, мы получили вклад HVP с общей точностью чуть менее 1% и хорошим балансом между статистической и систематической неопределенностями", - говорит Виттиг. - Это позволяет нам по-новому оценить обоснованность стандартной модели".
|
|
|
|
Даже если новый результат в очередной раз подтвердит стандартную модель, остается еще много загадок. В чем разница между решетчатой КХД и методом, основанным на данных, и как следует оценивать результат эксперимента CMD-3, пока до конца не понятно.
|
|
|
|
"Нам еще предстоит пройти долгий путь, чтобы достичь нашей долгосрочной цели - снизить общую погрешность примерно до 0,2%. Независимо от того, как вы на это смотрите, мы не можем обойти тот факт, что в аномальном магнитном моменте мюона есть несоответствия, которые необходимо объяснить. Нам еще многое предстоит понять", - заключает Виттиг.
|
|
|
|
Источник
|
