Фізики уточнили теоретичне значення аномального магнітного моменту мюона, використовуючи великомасштабне моделювання квантової хромодинаміки на решітках високої точності.
Експеримент Muon g-2 Reidar Hahn / Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0
Мюон — це короткоживуча елементарна частинка зі спіном 1/2 та масою, що перевищує масу електрона в 207 разів. Подібно до електрона, мюон має магнітний дипольний момент, який характеризує його магнітне поле. Цей момент пропорційний спіну та заряду частинки, але обернено пропорційний подвоєній її масі. За релятивістською квантовою механікою Дірака, константа пропорційності (фактор Ланде) дорівнює двом. Однак квантова теорія поля додає малі поправки від усіх частинок і взаємодій стандартної моделі. Через більшу масу мюона, ці поправки значніші порівняно з електроном, що робить мюон чутливим до потенційних нових фізичних ефектів. Аномальний магнітний момент визначається як (g – 2)/2.
Експеримент Muon g-2 нещодавно виміряв цей момент з високою точністю, показавши розбіжність понад п’ять стандартних відхилень з теорією. Однак існуючий теоретичний розрахунок був застарілим.
Група вчених під керівництвом Золтана Фодора з Університету Вупперталя провела новий розрахунок, який майже збігся з експериментальними даними. Використовуючи високоточне КХД моделювання на решітці з більш дрібним кроком, дослідники змогли точніше екстраполювати континуум. Також врахували внесок на великих відстанях, отриманий з експериментальних даних у низькоенергетичній області, що узгоджується між собою.
Порівняння результатів нового розрахунку з експериментальними даними показало зменшення невизначеності на 40%, що стосувалася адронної поляризації вакууму. Нове значення аномального магнітного моменту відрізняється від експериментального лише на 0,9 стандартних відхилень.
Це підтверджує правильність стандартної моделі з точністю 0,37 частин на мільйон, усуваючи розбіжності між теорією та експериментом.