同僚のパレードで雨が降っていることについて話してください。 4 月 7 日、200 人以上の実験者の共同研究により、ミューオンと呼ばれる粒子が物理学者の標準モデルで予測されたよりもわずかに強い磁気を持っていることが発表されました。しかし、同じ日に、14 人の理論家が、コンセンサスの理論的予測が間違っていることを示唆する論文を発表しました。それらの値は実験結果に近く、食欲をそそる不一致はほとんどなくなります。
「私たちの計算によれば、標準モデルはまったく問題ありません」と、ペンシルバニア州立大学ユニバーシティ パークの理論家であり、ブダペスト、マルセイユ、ヴッパータール (BMW) 共同研究のリーダーであり、新しい理論的結果を生み出した Zoltan Fodor は言います。しかし、何十年にもわたる骨の折れる努力の結果である以前の計算を破棄するのは時期尚早だと言う人もいます。レーゲンスブルク大学の理論家である Christoph Lehner は、次のように述べています。
電子のより重くて不安定な従兄弟であるミューオンは、小さな棒磁石のように機能し、その磁性は、新しい粒子のヒントを探す手段を提供します。量子力学と相対性理論では、ミューオンが特定の基本的な磁性を持っている必要があります。量子の不確実性のおかげで、粒子と反粒子もミューオンの周りで常に存在したり消えたりしています。これらの「仮想」粒子は直接観察することはできませんが、磁性を含むミューオンの特性に影響を与える可能性があります。標準モデルの粒子はその磁気を約 0.1% 増加させるはずであり、まだ未知の粒子は独自のブーストを追加します。そのような粒子は、いつかアトム スマッシャーで吹き飛ばされて存在するかもしれません。
そのため、フェルミ国立加速器研究所のミューオン g-2 実験で、コンセンサス値によると、ミューオンは標準モデルが予測するよりも約 2.5 ppb 磁気が強いという 20 年前のヒントが確認されたとき、物理学者は非常に興奮しました。昨年、132 人のメンバーからなる Muon g-2 Theory Initiative によって発表されました。
その予測を行うために、理論家は、標準モデルの粒子がミューオンの周りを飛び回り、その挙動に影響を与える何千もの方法を説明する必要がありました。ハドロン真空分極として知られる一連のプロセスは、特に困難であり、計算全体の精度を制限します。その中で、ミュー粒子は、クォークと呼ばれる他の粒子で構成されるハドロンとして知られる粒子を放出および再吸収します。クォークとそれらを束縛する強力な核力、量子色力学 (QCD) の理論は非常に扱いにくいため、理論家は通常の一連のより小さな近似値から効果を計算することはできません。代わりに、電子と陽電子を衝突させてハドロンを生成する加速器からのデータに依存する必要があります。
ギャップを気にしませんか?
ただし、別の方法があります。理論家は、強力な力を伝えるクォークとグルオンと呼ばれる粒子が占める離散点の格子として空間と時間の連続体をモデル化すれば、スーパーコンピューターで力ずくの QCD 計算を試みることができます。 12 年前、理論家たちは、この「格子 QCD」技術がハドロンである陽子と中性子の質量を計算できることを示しました。かなりの不確実性はあるものの、いくつかのグループがこの格子をミュオンの磁性にも適用しています。
現在、ドイツのユーリッヒ研究センターで数億時間のプロセッサ時間を使用して、Fodor のグループは、ハドロン真空分極の格子計算と、コンセンサス標準モデルの値に匹敵する精度のミューオンの磁性の値を生成しました。そして、新しい結果は、実験値をわずか 10 億分の 1 下回るだけである、とチームは Nature に報告した。不確実性を考えると、それは矛盾を主張するには近すぎると Fodor は言います。
彼はまた、コンセンサスの価値についても疑問を投げかけています。重要なデータについては、主に 2 つのコライダーからの結果に依存しており、2 つのデータセットは気になる程度に一致していないと Fodor 氏は言います。彼のチームの結果には、そのような不確実性がありません。 「これは市場で唯一の計算であるため、不快に感じる人もいます」と彼は言います。
しかし、一部の理論家は、単一の格子計算にそれほど重点を置くのは時期尚早だと述べています。イリノイ大学アーバナ シャンペーン校の格子理論家である Aida El-Khadra は、ミューオン g-2 理論イニシアチブの共同リーダーおよびリーダーである Lehner とともに、コンセンサス値の不確実性は主に入力データの限られた精度。対照的に、格子値の不確実性は方法自体の信頼性を反映しており、定量化と解釈がより困難である、と El-Khadra は言う。 「エラーの意味は大きく異なります」と彼女は言います。
また、2018 年に Lehner と同僚は、加速器データと低精度の格子計算を組み合わせた解析を実行しました。ミュオンの磁気に関する彼らのハイブリッド推定は、コンセンサス予測とよく一致していると Lehner は言います。
「BMW の結果は、他の独立した格子計算によって確認する必要があります」と、ウェイン州立大学の理論家であるアレクセイ・ペトロフは言います。これらの高精度の計算は、1 年以内に表示されるはずです。しかし、格子の結果が互いに一致するが、データ駆動型のアプローチが一致しない場合、理論家は 2 つの方法が一致しない理由を突き止める必要があるとペトロフは言います。
それまでは、g-2 測定によって引き起こされた興味をそそる謎が解明されたと言うのは時期尚早だろう、と El-Khadra は言う。 「標準モデルの計算はしっかりしています」と彼女は主張します。実験値も同様です。そして、物理学者の知る限り、それらは異なっています。
