На протяжении более 10 лет измерения магнитных свойств мюона (эфемерного родственника электрона) не соответствовали теоретическим предсказаниям. Это указывает на возможный пробел в стандартной модели физики элементарных частиц (2), что, возможно, дает представление о более экзотической физике. Первые результаты эксперимента Фермилаба «Мюон g-2», который измеряет одно из этих свойств, известных как «магнитный момент» мюона, будут обнародованы 7 апреля 2021 года.
Хотя Франция не принимает непосредственного участия в этом эксперименте, команда CNRS (3) сыграла решающую роль в вычислении теоретического прогноза, использованного в качестве справочного (4), без которого невозможно было бы сделать вывод.
Чтобы определить эффект адронной поляризации вакуума, который в настоящее время ограничивает точность расчетов, команда использовала измерения, сделанные на электрон-позитронных коллайдерах. Этот точный подход, который зависит исключительно от точности этих измерений, разрабатывался и улучшался этой командой в течение 20 лет, что привело к несогласию с экспериментальным измерением магнитного момента мюона.
Другой метод был недавно использован командой исследователей CNRS (5), чей результат для расчета этого вклада опубликован в журнале Nature.
Этот результат заметно уменьшает расхождение с текущим экспериментальным значением. Таким образом, за стандартной моделью еще может быть последнее слово! Чтобы достичь этого результата, ученые вычислили этот вклад ab initio, то есть используя уравнения стандартной модели без дополнительных параметров. Приблизительно с миллиардом задействованных переменных для решения этой сложной задачи потребовалось несколько европейских суперкомпьютеров с массовым параллелизмом (6).
Это первый раз, когда ab initio расчет может соперничать с точностью эталонного подхода, который предсказывает значения магнитного момента мюона, которые отличаются от измеренного значения в большей степени.
Чтобы решить этот вопрос раз и навсегда, ученым придется подождать, пока результаты этого нового теоретического расчета будут подтверждены другими группами, и определить, что вызывает различия между двумя теоретическими подходами. Команды CNRS в настоящее время работают вместе, чтобы решить эту проблему. Они надеются получить, комбинируя подходы, новое теоретическое справочное предсказание, которое будет достаточно точным, чтобы решить судьбу стандартной модели в ближайшие годы, когда будут опубликованы окончательные результаты эксперимента Фермилаба «Мюон g-2», как и а также результаты другого эксперимента с аналогичными целями в Японии.
Примечания
(1) Измерения, проведенные в Брукхейвенской национальной лаборатории (США) с 1997 по 2001 гг.
(2) Стандартная модель физики элементарных частиц – это теория, описывающая элементарные частицы и их взаимодействия.
(3) Группа DHMZ, состоящая из Мишеля Давье (IJCLab CNRS / Universite Paris-Saclay), Андреаса Хеккера (CERN, Женева), Богдана Малаеску (LPNHE, CNRS / Sorbonne Universite) и Чжицин Чжан (IJCLab), опубликовала 10 публикаций. основные статьи на эту тему, которые были процитированы более 3000 раз.
(4) Теоретическая справочная ценность, использованная в эксперименте «Мюон g-2», была получена путем сравнения результатов, опубликованных в Physics Reports в 2020 году, полученных различными рабочими группами по всему миру. Это очень близко к окончательному значению, опубликованному группой DHMZ в 2019 году.
(5) Помимо команды Лорана Леллуша в Центре теоретической физики (CNRS / Университет Экс-Марсель / Университет Тулона) во Франции, сотрудничество «Будапешт-Марсель-Вупперталь» включает Университет Этвоша Лорана (Венгрия), Университет Вупперталь и Forschungszentrum Julich (Германия), а также Государственный университет Пенсильвании (США).
(6) В Германии – центры Forschungszentrum Julich, Суперкомпьютерный центр Leibniz (Мюнхен) и Центр высокопроизводительных вычислений (Штутгарт); во Франции, Тьюринг и Жан Зай из Института развития и ресурсов в области интенсивных научных вычислений (IDRIS) CNRS, и Жолио-Кюри в Очень большом вычислительном центре (TGCC) CEA через Французский крупномасштабный Вычислительная инфраструктура (GENCI).