Физики уточнили теоретический расчет значения аномального магнитного момента мюона. Для этого они использовали крупномасштабное моделирование КХД на решетках высокой точности. Расхождение с экспериментальными данными сократилось до одного стандартного отклонения, говорится в препринте на arXiv.org.
Мюон — это короткоживущая частица со спином 1/2 и массой в 207 раз больше массы электрона. Обе частицы при этом создают вокруг себя магнитное поле, которое характеризуется магнитным дипольным моментом. Этот момент пропорционален спину и заряду частицы и обратно пропорционален удвоенной ее массе. Релятивистская квантовая механика Дирака предсказывает, что константа пропорциональности gμ, известная как фактор Ланде, равна ровно двум. Релятивистская квантовая теория поля приводит к дополнительным малым поправкам, в которые вносят вклад все частицы и взаимодействия стандартной модели. Поскольку мюоны массивнее электронов, квантовые поправки, связанные с массивными частицами, в общем случае намного больше для мюона, чем для электрона. Из-за этой повышенной чувствительности к эффектам возможных неизвестных частиц ученые пристально изучают мюон. Поправки к gμ обычно называются аномальным магнитным моментом и количественно определяются как 𝛼μ = (gμ − 2)/2.
Недавно физики из эксперимента Muon g-2 измерили аномальный магнитный момент мюона с высокой точностью. При этом расхождение с теоретическим предсказанием оказалось более пяти стандартных отклонений. Однако ученые отмечали, что теоретический расчет на тот момент был достаточно устаревшим.
Теперь группа ученых под руководством Золтана Фодора (Zoltan Fodor) из Университета Вупперталя рассчитала новое значение аномального магнитного момента мюона, которое практически сошлось с последними экспериментальными данными. Для этого ученые использовали крупномасштабное КХД моделирование на решетке с более мелким шагом, чем ранее. Это позволило ученым производить более точную экстраполяцию континуума. Кроме того, физики учли вклад на больших расстояниях, полученный на основе экспериментальных данных в области малых энергий, где все эксперименты согласуются между собой.
Эти улучшения позволили ученым сократить на 40 процентов неопределенность при расчете основного источника неопределенности — вклада адронной поляризации вакуума в ведущем порядке по постоянной тонкой структуры. В результате они получили новое расчетное значение аномального магнитного момента, которое лишь на 0,9 стандартных отклонений отличается от последних экспериментальных измерений.
По словам ученых, это подтверждает правильность стандартной модели с точностью 0,37 частей на миллион и устраняет расхождение между теоретическим расчетом и экспериментальными измерениями аномального магнитного момента мюона.
Ученые продолжают совершенствовать методы расчетов в теоретической физике. Подробнее о том, как физики производят расчеты в рамках квантовой электродинамики, читайте в нашем материале «Щель в доспехах».